5,28к

Лабораторная работа № 5.28к

Магнитное поле на оси короткого соленоида

Цель работы: ознакомиться с баллистическим методом измерения магнитной индукции магнитного поля соленоида.

Работа выполняется на ЭВМ.

Краткие теоретические сведения

Баллистический метод измерения магнитной индукции.

В основе баллистического метода измерения магнитной индукции лежит явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Поместим в магнитное поле небольшую многовитковую катушку, в цепь которой включим баллистический гальванометр. Тогда при всяком изменении магнитного поля будет изменяться потокосцепление катушки и в цепи катушки появится индукционный ток. Величина заряда, прошедшего через гальванометр, пропорциональна изменению потокосцепления:

. (1)

Потокосцепление зависит от числа витков катушки и магнитного потока через ее поверхность:

. (2)

При неизвестном направлении магнитной индукции следует выбирать ориентацию катушки таким образом, чтобы изменение потокосцепления и, следовательно, показания гальванометра были максимальными.

Если направление индукции определено и размеры катушки достаточно малы, чтобы поле в пределах катушки можно было считать однородным, то выражение (2) переходит в (3):

, (3)

где, N-число витков катушки; S-площадь одного витка.

Изменение потокосцепления при выключении поля равно NBS, при изменении направления поля на противоположное – 2NBS.

Баллистический гальванометр – электроизмерительный прибор с большим периодом собственных колебаний подвижной рамки, предназначенный для измерения величины заряда, проходящего через него, при коротких импульсах электрического тока.

Если время изменения потокосцепления много меньше периода собственных колебаний рамки гальванометра, то заряд, прошедший по цепи, пропорционален показаниям баллистического гальванометра:

q = C_q, (4)

где, С_q- чувствительность баллистического гальванометра, Кл/дел; - показание гальванометра, дел.

При изменении направления магнитного поля на противоположное, объединяя (4), (3) и (1), получим выражение для магнитной индукции:

. (5)

Таким образом, помещая небольшую многовитковую катушку в различные точки магнитного поля, по показаниям баллистического гальванометра можно определить значение магнитной индукции в этих точках.

Магнитное поле на оси короткого соленоида.

Выделим малый участок длины соленоида dx, по которому протекает ток силой dI (рис. 1), и воспользуемся выражением для магнитной индукции на оси кругового тока:

(6)

Интегрируя (6) по х от 0 до L и переходя к углам ₁ и _2, получим выражение для магнитной индукции на оси соленоида:

, (7)

где, I- сила электрического тока, протекающего по соленоиду; n- плотность намотки (число витков на единицу длины соленоида).

,

Порядок выполнения работы

Лабораторная установка представляет собой короткий соленоид, по оси которого перемещается небольшая измерительная катушка, включенная в цепь баллистического гальванометра

Положение измерительной катушки определяется координатой х, отсчитываемой от центра соленоида. В данной лабораторной работе изменение потокосцепления производится коммутацией (изменением направления) тока, протекающего по соленоиду.

1. В диалоговом окне «Сила тока» установить силу тока (по указанию преподавателя I=0,05; 0,1; 0,15; 0,2 А).

2. Установить в диалоговом окне «Координата Х» значение х=0 см.

3. Активировать «мышкой» коммутатор на схеме.

4. Заметить максимальный отброс указателя гальванометра , дел., записать значения х и  в таблицу.

Повторить п.п.2,3,4, изменяя значение координаты Х (рекомендуемые значения 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 17, 20 см).

Вычислить значения магнитной индукции В_эксп. по (5), где R=R_г, S=d²/4, результаты занести в таблицу 1.

Параметры соленоида:

• диаметр соленоида D=20 см,

• длина соленоида L=20 см,

• плотность намотки n=210³вит/м.

Параметры измерительной катушки и баллистического гальванометра:

• диаметр d=1 см, число витков N=300 вит.,

• сопротивление гальванометра R_г=20 Ом,

• чувствительность гальванометра С_q=9,510^-9Кл/дел.

Построить график теоретической зависимости В_теор=В(х), рассчитав по (7) значения В_теор. и записав их в таблицу.

Нанести экспериментальные значения магнитной индукции на график. Сравнить зависимости и сделать вывод.

Таблица 1

Х, см	, дел	Вэксп., Тл	Втеор., Тл
0
  
20

Контрольные вопросы

1. Закон Био – Савара и принцип суперпозиции для магнитного поля.

2. Магнитное поле на оси кругового тока.

3. Расчет магнитного поля на оси короткого соленоида.

4. Баллистический метод измерения магнитной индукции.

1. Чувствительность баллистического гальванометра, вычисление магнитной индукции в работе.