Лабы по физике 2022-2023 / 2 сем / лаба16 / Лабораторная по физике 16
.docxФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
им. В.И. Ульянова (Ленина)»
кафедра физики
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 16
«ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ»
Выполнил:
Группа №
Преподаватель: Кузьмина Наталья Николаевна
Вопросы |
Задачи ИДЗ |
Даты коллоквиума |
Итог |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
||||||||||
Санкт-Петербург, 2023
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16
ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение явления электромагнитной индукции; измерение индукции магнитного поля Земли.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: измерительная установка с вращающейся катушкой и интегрирующим усилителем.
СХЕМА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ:
Э
лектрическая
схема установки для измерения магнитного
поля Земли представлена на рисунке.
Измерительная катушка L подключена к
входу операционного усилителя (ОУ) DA,
цепь обратной связи которого образована
конденсатором емкостью С. Напряжение
на выходе ОУ, равное напряжению на
конденсаторе C, измеряется вольтметром
PV. Катушка закреплена на специальном
каркасе, допускающем ее повороты на
180° вокруг горизонтальной и вертикальной
осей.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Электродвижущая сила (ЭДС)
При повороте контура, состоящего из N витков, в однородном магнитном поле с индукцией B в нем наводится электродвижущая сила электромагнитной индукции
где
– полный магнитный поток, сцепленный
с контуром;
– поток
вектора B
через
плоскую поверхность площадью S,
охватываемую контуром;
,
где
– вектор нормали; α – угол между
.
Индукционный ток и заряд
Возникающая ЭДС индукции вызывает в контуре сопротивлением R индукционный ток
При этом через поперечное сечение проводников контура за время
его поворота t переносится заряд
Ёмкость и напряжение
Если в цепь контура включить конденсатор емкостью С, то за время t напряжение на его обкладках изменится на величину
или, с учетом выражения (1),
здесь
– поток вектора
,
пронизывающий контур в его начальном
положении, а
– в конечном.
При повороте контура на 180° нормаль также повернется на 180°, тогда
Соответственно
Выбрав
начальное положение контура так, что
,
получим
и
Тогда можно вычислить значение B
ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16
ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
S |
N |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Погрешности:
Выполнил
Факультет КТИ
Группа №
“____” __________ _____
Преподаватель: Кузьмина Наталья Николаевна
ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВКУ
1. Изобразите (качественно) магнитное поле Земли.
2. Возникает ли индукционный ток в рамке, поступательно движущейся в однородном магнитном поле?
3. Как влияет на результат измерения горизонтальной и вертикальной составляющих поля «неточная» ориентация катушки на магнитные поля.
4. Покажите, что закон Фарадея является следствием закона сохранения энергии.
ВОПРОСЫ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
19. Сила Лоренца. Изобразите на рисунке направление силы Лоренца.
34. Дайте определение потока вектора магнитной индукции.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Ранжированная
выборка
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
0,93 |
0,99 |
1,00 |
1,01 |
1,04 |
1,04 |
1,07 |
1,10 |
1,12 |
1,18 |
N = 10; P = 95%
Промахов не обнаружено
Ранжированная
выборка
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
3,42 |
3,44 |
3,44 |
3,48 |
3,48 |
3,50 |
3,62 |
3,62 |
3,63 |
3,63 |
N = 10; P = 95%
Промахов не обнаружено
Расчет
значений
и график зависимости от
при повороте на 180
за 3 секунды
Возьмем
= 1,5 c;
За
это время угол изменится с
до
.
При
Возьмем
= 1,5 c;
За
это время угол изменится с
до
.
ВЫВОДЫ
В ходе данной лабораторной работе было изучено явление электромагнитной индукции; опытным путем была измерена индукция магнитного поля Земли
(Индукция магнитного поля Земли колеблется от 25 до 65 мкТл)