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

212 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

83560. Міжнародна відповідальність за шкідливі наслідки дій, не заборонених міжнародним правом 38.27 KB
  До першої відносять конвенції про цивільну відповідальність в яких розглядають питання відповідальності оператора а в деяких випадках відповідальності держави з позиції матеріальних та процесуальних норм. Такі договори стосуються питань навігації нафти ядерних матеріалів: Міжнародна конвенція про цивільну відповідальність за шкоду від забруднення нафтою 1969 р. до неї Конвенція про цивільну відповідальність за шкоду спричинену при перевезенні небезпечних вантажів автомобільним залізничним та внутрішнім водним транспортом 1989 р.
83561. Поняття та джерела міжнародного кримінального права 36.45 KB
  В літературі зустрічаються різні концепції міжнародного кримінального права. Лукашук визначав міжнародне кримінальне право як галузь міжнародного публічного права принципи і норми якої регулюють співпрацю держав і міжнародних організацій в боротьбі зі злочинністю. При будьякому підході слід відмітити головну особливість міжнародного кримінального права а саме встановлення прямої кримінальної відповідальності фізичних осіб за порушення найбільш важливих норм міжнародного права.
83562. Відповідальність фізичних осіб за міжнародним кримінальним правом 37.97 KB
  Такі злочини прямо пов’язані з міжнароднопротиправними діяннями держав. До них відносяться злочини проти миру і безпеки людства. За злочини проти миру і безпеки людства міжнародні злочини фізичні особи можуть бути притягнені до відповідальності міжнародним трибуналом або судом держави. На відміну від міжнародних злочинів злочини міжнародного характеру це протиправні діяння які зазіхають на міжнародні відносини міжнародний правопорядок тобто зачіпають інтереси декількох держав але вчиняються індивідами поза зв’язком з політикою якої...
83563. Міжнародні кримінальні суди: міжнародні кримінальні трибунали ad hoc і постійний Міжнародний суд 37.84 KB
  До юрисдикції трибуналу відносилися злочини проти миру військові злочини і злочини проти людяності. і додатках до них а також геноцид і злочини проти людяності. У Статуті трибуналу по Руанді йшлося про злочини проти людяності а також про порушення норм що стосується конфліктів неміжнародного характеру як вони відображені в Женевських конвенціях 1949 р. Міжнародного кримінального суду як постійного органу що має юрисдикцією відносно осіб відповідальних за найсерйозніші злочини які викликають заклопотаність міжнародного співтовариства.
83564. Міжнародна співпраця в боротьбі із злочинністю 36.13 KB
  Важливою формою міжнародної співпраці в боротьбі із злочинністю є надання правової допомоги в кримінальних справах. Правовою основою такої співпраці є багатосторонні конвенції наприклад Європейська Конвенція про взаємну правову допомогу в кримінальних справах 1959 р. і двосторонні міжнародні договори наприклад Договір між Україною та Сполученими...
83565. Поняття, цілі та принципи права міжнародної безпеки 36.29 KB
  Право міжнародної безпеки галузь міжнародного права принципи і норми якої регулюють взаємодію суб\'єктів в цілях забезпечення миру і безпеки. Безпека кожної держави залежить від безпеки всіх тому скорочення озброєння до рівня необхідного для самооборони і участі в колективних миротворчих діях стало вимогою часу. Сучасна система безпеки охоплює не тільки військові та політичні але також і інші аспекти економічні екологічні гуманітарні і зрозуміло правові.
83566. Загальна колективна безпека. Право на самооборону та гуманітарна інтервенція 37.54 KB
  Колективна безпека – це система спільних дій держав та або міжнародних організацій з метою підтримання міжнародного миру та безпеки попередження або припинення за допомогою адекватних та легітимних засобів актів агресії. Залежно від рівня створення систем колективної безпеки розрізняють два їх види – загальну універсальну та регіональні системи колективної безпеки. Основи загальної колективної безпеки заклав Статут ООН. Характерною рисою системи безпеки ООН перш за все є попередження загрози миру шляхом створення і підтримки усесторонньої...
83567. Регіональні міжнародні організації у системі колективної безпеки. Організація з безпеки і співробітництва в Європі, Організація Північноатлантичного договору 37.3 KB
  Організація з безпеки і співробітництва в Європі Організація Північноатлантичного договору Статут ООН містить спеціальний розділ VIII про регіональні угоди і органи для вирішення питань що відносяться до підтримки миру і безпеки на регіональному рівні. Рада Безпеки заохочує мирне вирішення суперечок в рамках таких угод і органів. Без повноважень Ради Безпеки вони не можуть вчиняти примусові дії за винятком тих що здійснюються в порядку колективної самооборони.
83568. Заходи зміцнення довіри. Міжнародний контроль 36.51 KB
  Заходи зміцнення довіри порівняно новий елемент системи міжнародної безпеки. Першими міжнародноправовими актами з даного питання можна вважати Угоди між СРСР і США про заходи щодо зменшення небезпеки виникнення ядерної війни 1971 р. Саме поняття заходи зміцнення довіри було введено в обіг Заключним актом НБСЄ 1975 р. Заходи довіри розроблялися і Генеральною Асамблеєю ООН.