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

222 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

70480. Основные направления и проблемы изучения личности в социальной психологии 31 KB
  Законы адаптации, уравновешивания и подкрепления. Фрейдизм и неофрейдизм о примате биологического над социальным (личность – средоточие, совокупность инстинктивных побуждений, требующих удовлетворения и защиты от социального через полубессознательное).
70481. Понимание личности с точки зрения трансакционного анализа (Берн) 28 KB
  Согласно теории Берна личность состоит из трех отдельных функциональных структур известных как Эгосостояния. Экстеропсихе неопсихе и археопсихе рассматриваются как психические органы которые проявляют себя феноменологически и как экстеропсихические то есть идентифицирующие неопсихические...
70482. Социализация: Понятие, содержание, механизмы и условия 28 KB
  Социализация человека происходит посредством механизмов социализации способов сознательного или бессознательного усвоения и воспроизводства социального опыта. Содержание социализации определяется с одной стороны всей совокупностью социальных влияний реализующихся через...
70483. Основные проблемы и направления исследований социализации в социальной психологии 42.5 KB
  Прежде чем перейти к краткой характеристике основных теоретических и эмпирических линий социально-психологического анализа процесса социализации заметим что несмотря на известную традиционность данной проблематики последние два десятилетия она...
70484. Проблема социально-психологической периодизации в развитии личности 33.5 KB
  Существует ряд взглядов на периодизацию личностного развития человека. Пиаже фактически отождествлял процесс периодизации развития личности со стадиями интеллектуального развития: сенсомоторного интеллекта до 2 лет; дооперационального мышления от 2 до 7 лет...
70485. Вопросы формирования «Я-концепции» как результата социального развития личности 29 KB
  Телесное выделение себя из окружающего мира начинается в младенчестве и завершается к двум годам когда ребенок понимает что его тело существует независимо от внешнего мира и принадлежит только ему. Двухлетний ребенок способен узнавать себя в зеркале выделяя себя и другого ребенка...
70486. Содержание социально-психологического развития человека 31 KB
  Необратимость направленность и закономерность выступают основными характеристиками любого развития как процесса. Необратимость представляет собой отсутствие возможности субъекта развития возвратиться к любому предшествующему состоянию в его первоначальном варианте.
70487. Социальная идентичность личности. Типы идентификации 36.5 KB
  Эриксон выделяет в личности два уровня персональный и социальный и считает социальную идентичность продуктом взаимодействия личности и общества. Поэтому идентичность рассматривается им в двух аспектах: 1 эгоидентичность и 2 собственно социальная идентичность где есть групповая...
70488. Гендерные роли: факторы формирования 35.5 KB
  Психоаналическая теория считает гендерную идентичность результатом психосексуального развития. Теория социального научения и ее разновидность теория моделирования опираясь на бихевиористский принцип обусловливания утверждают что все зависит от родительских моделей которым ребенок...