7164

Изучение магнитного поля кругового тока

Лабораторная работа

Физика

Изучение магнитного поля кругового тока 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси витка с током и экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа. 2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА Экспери...

Русский

2013-01-17

96.5 KB

206 чел.

Изучение магнитного поля кругового тока

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси витка с током и экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Экспериментальная установка, схематично представленная на рис.2.1., состоит из катушки 1 с током, создающей магнитное поле, измерительной катушки 2 и осциллографа 3. Катушка 1 питается через понижающий трансформатор переменным током. Все устройство смонтировано на лабораторном макете. Измерительная катушка 2 расположена под лицевой панелью макета и может перемещаться вдоль оси катушки 1 с помощью движка.

3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Выражение для расчета амплитудного значения магнитной индукции в любой точке на оси z катушки:

B= Em / N1 S ,                     (3.1)

где Em - амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;

 - площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S = 310-4 м2);

 = 2 , где  - частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( = 50 Гц);

         N1 - число витков измерительной катушки.

Выражение для расчёта относительной погрешности косвенного измерения амплитудного значения магнитной индукции:

                                 (3.2)

Выражение для расчёта относительной погрешности косвенного измерения частоты:

                     (3.3)

где = 0,005/3,14 = 0,0016 – относительная погрешность измерения числа .

Выражение для расчёта абсолютной погрешности измерения величины амплитудного значения э.д.с. Em:

               (3.4)

Выражение для расчёта относительной погрешность косвенного измерения величины:

                        (3.5)

Выражение для расчёта абсолютной погрешности косвенного измерения величины:

                        (3.6)

Выражение для расчёта абсолютной погрешности косвенного измерения квадрата расстояния :

               (3.7)

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице №1.

                                                                                                Таблица №1.

Результаты прямых и косвенных измерений

z , см

Em , В

(Em)-2/3, В-2/3

z2 , см2

Примечания

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.05

0.9

0.62

0.38

0.23

0.145

0.095

0.065

0.046

0.034

0.968

1.073

1.375

1.9

2.664

3.623

4.8

6.185

7.789

9.528

0

1

4

9

16

25

36

49

64

81

Относительные погрешности измеряемых величин:

( Em) = 10%

(S) = 10%

( N1) = 1%

( ) = 1%

Найдем значение магнитной индукции  по формуле (3.1) при значениях переменных:

N1=3780,

=2*3,14*50=314 рад/с,

S=310-4 м2

.

Найдем погрешность косвенного измерения магнитной индукции, но для этого нам надо найти погрешность косвенного измерения частоты:

Построим график зависимости , но для этого нам надо рассчитать погрешности измерения для (по формуле 3.4) и .

Расчет погрешностей  по формуле (3.4):

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,105

0,09

0,062

0,038

0,023

0,0145

0,0095

0,0065

0,0046

0,0034

Абсолютная погрешность измерения  равна половине наименьшего деления:.

Построим график зависимости .

Рассчитаем (Em)-2/3 для всех  Em и занесем полученные данные в таблицу №1.

Рассчитаем абсолютную погрешность измерения (Em)-2/3, для этого сначала надо найти косвенную погрешность (Em)-2/3 по формуле 3.5, затем полученные данные подставим в формулу 3.6.

Косвенная погрешность (Em)-2/3 равна (по формуле 3.5): .

Расчет абсолютной погрешности (Em)-2/3 по формуле 3.6:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,065

0,072

0,092

0,128

0,178

0,243

0,322

0,414

0,522

0,64

Расчет абсолютной погрешности измерения z2 для каждого z (найдем по формуле 3.7):

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0,00001

0,00002

0,00003

0,00004

0,00005

0,00006

0,00007

0,00008

0,00009

Построим график зависимости.

5. ВЫВОДЫ

В результате проведённого эксперимента, мы с помощью экспериментальной установки убедились в справедливости закона Био – Савара – Лапласа, так как смогли, в пределах погрешности измерений, построить линеаризованный график зависимости   и определили значение индукции магнитного поля, которое получилось равным 0,00295 Тл.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ     

6.1. Что такое магнитное поле?

Это один из видов проявлений электромагнитного поля. Действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током и на частицы и тела, обладающие магнитными моментами.

 

6.2. Какое из проявлений магнитного поля используется в данной работе при измерении магнитной индукции?

Электромагнитная индукция. Переменный магнитный поток, создаваемый витком, питаемым переменным током, индуцирует в измерительной катушке э.д.с. индукции, которая измеряется осциллографом.

6.3. Почему размеры измерительной катушки (её поперечное сечение) должны быть значительно меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле?

Размеры измерительной катушки должны быть меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле для увеличения магнитного потока, проходящего через измерительную катушку.

6.4. Как измерить амплитуду электрического сигнала с помощью осциллографа?

Включить осциллограф кнопкой «сеть», подключить осциллограф к измеряемой цепи, переключателем «вольт/дел» выбрать такое положение, при котором сигнал занимает максимальную площадь на экране, но не выходит за пределы. Записать количество делений и умножить на значение «вольт/дел».

6.5. По какому закону изменяется индукция магнитного поля на оси кругового тока? Записать этот закон.

Величина магнитной индукции на оси кругового тока определяется следующим законом:

,

где Гн/м – магнитная постоянная;

I –ток, протекающий по витку;

R – радиус витка с током;

z – расстояние от центра витка по его оси.

6.6. Как проверить соответствие экспериментально измеренной зависимости Em(z) теоретической, т.е. закону Био – Савара – Лапласа?

Используя экспериментальные данные, построить график зависимости. Если точки с доверительными интервалами в этой зависимости укладываются на прямую, то экспериментальная зависимость соответствует теоретической, т.е. закону Био–Савара–Лапласа.

6.7. Какими способами можно построить прямую по экспериментальным точкам?

Методом наименьших квадратов или графически.   

~
220 В

Рис.2.1.

1 - катушка с током, создающая магнитное поле; 2 - измерительная катушка; 3 - осциллограф.

1

2

Схематическое изображение экспериментальной установки

z

3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53564. Оценка риска инвестиционных проектов 27 KB
  По степени наносимого ущерба риски подразделяются на допустимые, критические и катастрофические. Допустимый риск связан с неполучением ожидаемой прибыли, критический – с потерей расчетной выручки от реализации продукции, катастрофический – с потерей вложенных инвестиций и всего имущества.
53565. Практичне заняття щодо використання Законів Кеплера 1.73 MB
  На уроках астрономії в школі обмежується як правило вивченням формулювань і використанням законів для розрахунку параметрів руху планет сонячної системи відповідно до третього закону. Кеплера і практично використати їх для розрахунку часу мандрівки до планет сонячної системи. Всі планети обертаються навколо Сонця по еліптичним орбітам в одному з фокусів яких знаходиться Сонце; 2.Радіусвектор планети за рівні проміжки часу замітає однакові площі; 3.
53566. Класне керівництво - це не робота, це спосіб життя 100 KB
  Організатором діяльності учнів у класі координатором впливів був і залишається класний керівник як автор і як скульптор. Будучи класним керівником вважаю що метою виховного процесу є виховання вільної талановитої фізично здорової особистості збагаченої науковими знаннями естетичними смаками готової до творчої трудової діяльності яка досягається через формування в учнів морального ставлення до оточуючих людей і усвідомлення цінності людського життя через формування культури інтелектуального розвитку і...
53567. Акционерное финансирование 24.5 KB
  Привлечение инвестиционных ресурсов в рамках метода акционерного финансирования осуществляется посредством дополнительной эмиссии обыкновенных или привилегированных акций.
53568. Ознайомлення з клавіатурою ПК 65.5 KB
  Клавіатура призначена для введення символьної інформації до ПК та для управління роботою ПК. За своїм призначенням всі клавіші поділяються на 5 полів: основна клавіатура; функціональна клавіатура; цифрова клавіатура; клавіатура керування курсором і редагування; поле індикації. Основна клавіатура Ця клавіатура має дві групи клавіш: білі клавіші для введення алфавітноцифрової інформації; сірі клавіші керування. Алфавітноцифрова клавіатура має чотири ряди символьних клавіш на яких зображені чорним кольором латинські літери...
53569. Відсоткові розрахунки. Формула складних відсотків 547.5 KB
  Формула складних відсотків Клас 9 Час заняття 2 години Тип кейсу – аналітичний Cseincident method Вид кейсу – учбовий. Формула складних відсотків Перед учителем математики стоїть завдання: у який з банків міста Біла Церква вчителю вигідно вкласти депозит у сумі 5 000 грн. Як вигідно вкласти кошти: з капіталізацією відсотків складний відсоток або без капіталізації відсотків простий відсоток. Для вирішення проблеми підготовлений кейс у якому запропоновано інформація про депозити; інформація про нарахування складних і простих...
53570. Управление запасами 29 KB
  Большая величина инвестиций, необходимых для создания запасов материалов группы А и В требуют применения специальных методов для управления их запасами.
53571. Кейс-технология на уроках русского языка 4.22 MB
  Респондентам людям от 15 до 25 лет было предложено объяснить значения слов которые широко употреблялись представителями предыдущих поколений: честь совесть этика мораль патриотизм и др. Респондентам людям от 15 до 25 лет было предложено объяснить значения слов которые широко употреблялись представителями предыдущих поколений: честь совесть этика мораль патриотизм и др. Респондентам людям от 15 до 25 лет было предложено объяснить значения слов которые широко употреблялись представителями предыдущих поколений: честь...
53572. Продукти харчування і здоров’я 156.5 KB
  Мета уроку: Навчальна: формування поняття про харчові добавки штрихкод генномодифіковані продукти. Форма проведення: урокконсультація Тип уроку: урок засвоєння нової інформації Обладнання: виставка інформаційних джерел про здорове харчування і харчові добавки; епіграф уроку; плакати про штрихкод шкідливі добавки про правила покупця; чорний ящик; набори упаковок продуктів...