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

220 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

7726. Організація протипожежного захисту, протипожежна профілактика 219.1 KB
  Організація протипожежного захисту, протипожежна профілактика Програмна анотація Пожежі та причини їх виникнення. Організація протипожежного захисту на виробництві. Засоби пожежогасіння. Пожежний зв’язок та сигналізація. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ П...
7727. Кримінологічна безпека 120.19 KB
  Кримінологічна безпека Програмна анотація Джерела кримінологічних загроз об’єкта економіки. Система забезпечення кримінологічної безпеки об’єкта економіки. Заходи особистої кримінологічної безпеки. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Кримінологічна...
7728. Надзвичайні ситуації мирного часу 85.46 KB
  Надзвичайні ситуації мирного часу Програмна анотація Класифікація надзвичайних ситуацій. Причини виникнення надзвичайних ситуацій. Природні надзвичайні ситуації. Надзвичайні ситуації антропогенного характеру. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Надзви...
7729. Характеристика осередків ядерного, хімічного та бактеріологічного враження 187.41 KB
  Характеристика осередків ядерного, хімічного та бактеріологічного враження Програмна анотація Осередок ядерного враження. Осередок хімічного враження. Осередок бактеріологічного враження. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Ядерна зброя Термоядерні бо...
7730. Екологічна безпека 1.69 MB
  Екологічна безпека Програмна анотація Глобальні екологічні проблеми. Екологія харчових продуктів. Економіка екології. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Екологія Зміна екологічної рівноваги Парниковий ефект Озонові діри Кислотні дощ...
7732. Організація та завдання цивільної оборони України 208.5 KB
  Організація та завдання цивільної оборони України Програмна анотація Організація цивільної оборони на Україні. Організація цивільної оборони на господарських об’єктах. Основи стійкості господарських об’єктів в умовах надз...
7734. Захист населення в умовах надзвичайних ситуацій 785 KB
  Захист населення в умовах надзвичайних ситуацій Програмна анотація Заходи та засоби захисту населення в умовах надзвичайних ситуацій. Організація і проведення рятувальних та невідкладних робіт у районах лиха. Організація рухомих пу...