18
.pdfгде N1 – число витков намагничивающей обмотки тороида;
D – длина осевой линии тороида;
µ0 = 4π ×10–7 Гн/м – магнитная постоянная.
Значения N 1 и D задаются в списке параметров установки.
Для измерения магнитной индукции в тороиде сделана поперечная
прорезь, в которую вставлен датчик магнитного поля – датчик Холла. Действие этого датчика основано на эффекте Холла – возникновении разности потенциалов в проводнике (датчике), помещенном в поперечное магнитное поле. Величина этой разности потенциалов Ux прямо пропорциональна величине магнитного поля, в котором находится датчик. Следовательно,
измерение холловской разности потенциалов Ux позволяет определять индукцию магнитного поля в ферромагнитном тороиде. Индукция магнитного поля в ферромагнетике в этом случае рассчитывается по формуле
В = kUx , |
(10) |
где k – коэффициент пропорциональности, значение которого (определяемое параметрами датчика) указано в характеристиках установки.
Получение основной кривой намагничивания ферромагнетика
1. Включите установку. Включите компьютер и щёлкните мышкой на ярлыке программы Работа №18а. Установите переключатель П1 в положение ТОРОИД.
2. Установите регулятор тока в крайнее левое положение (вращать против часовой стрелки). При наличии остаточной ЭДС Холла более 0,5мВ тороид следует размагнитить. Для этого сделайте следующее:
а) При положительной остаточной ЭДС Холла переключатель направления тока П2 установки установите в положение ( – ), при отрицательной ЭДС Холла – в положение ( + )
б) Увеличьте силу тока в тороиде до 0,10-0,15 А, после чего уменьшите ток до нуля.
11
в) Если ЭДС Холла по-прежнему больше 0,5 мВ повторяйте действия пункта б), увеличивая значение тока на 0,05 А относительно предыдущего значения до тех пор, пока ЭДС Холла не станет меньше 0,5 мВ. Если ЭДС Холла сменила знак, вернуться к п. а).
г) Установите переключатель направления тока П2 на установке в положение (+).
3. Меняйте силу тока в соответствии с таблицей в отчете (от 0 до 0,6 А через
0,05А) и при каждом значении силы тока нажимайте клавишу ИЗМЕРЕНИЕ. 4.Уменьшите ток до нуля, нажмите кнопку ПРОВЕСТИ ОБРАБОТКУ РЕЗУЛЬТАТОВ, затем кнопку СТОП и перепишите результаты измерений в свой отчёт.
5. После определения B и B0 по формулам (9) и (10) для каждого значения B0
определите относительную магнитную проницаемость с использованием выражения B
B0 и занесите результаты в табл. П. 1 отчета.
Получение петли магнитного гистерезиса
1.Включите работу программы, нажав кнопку RUN.
2.Установите переключатель направления тока П2 на панели установки и на экране компьютера в положение (+).
2.Установите регулятор силы тока R на максимум (вращать по часовой стрелке) и нажмите клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
3.Уменьшайте силу тока до 0 через 0,1 А, нажимая каждый раз клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
4.Установите переключатель направления тока П2 на панели установки и на экране в положение (–) .
5.Увеличивайте силу ток от 0 до Iмакс через 0,1 А, нажимая каждый раз клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
6.Уменьшайте силу ток от Iмакс до 0 через 0,1 А, нажимая каждый раз клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
12
7.Установите переключатель направления тока П2 на панели установки и на экране в положение (+).
8.Увеличивайте силу ток от 0 до Iмакс через 0,1 А, нажимая каждый раз клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
9.Уменьшите силу тока до нуля, нажмите кнопку СТОП, выключите установку! (выключатель находится на задней стороне корпуса установки)
и перепишите результаты измерений в свой отчёт (Раздел «работа 18а, Табл.
П. 2»).
10. По виду петли гистерезиса и по данным таблицы результатов измерений постройте графики кривой намагничивания B f B0 , магнитной проницаемости f B0 и петлю гистерезиса. Укажите максимальные значения индукции намагничивающего поля B0 , индукции поля в образце
B мах, Вост ,Вкоэрц и µмах.
Контрольные вопросы к задаче № 1
1.Что такое основная кривая намагничивания ферромагнитного образца?
2.Как можно размагнитить образец?
3.Для чего и как производят магнитную подготовку образца?
4. Каков вид зависимостей B f B0 и f B0 у ферромагнитных образцов?
5.В чем состоит явление магнитного гистерезиса в ферромагнетике?
6.Что такое петля гистерезиса, остаточная индукция, коэрцитивная сила?
7. Как рассчитываются в данной работе индукция B0 намагничивающего поля,
магнитная индукция B в образце, относительная магнитная проницаемость μ образца?
Задача № 2. Исследование магнитного поля соленоида
Работа с соленоидом включает в себя два задания, первым из которых является определение индукции магнитного поля в центре соленоида в зависимости от силы тока в его обмотке, а вторым – изучение распределения
13
индукции при постоянном токе в обмотке как функции расстояния от центра
соленоида к его краю.
Включите установку и поставьте переключатель (4) вида работы в
положение СОЛЕНОИД.
Получение зависимости поля соленоида от силы тока в нем
1.Включите работу программы, нажав кнопку RUN, перейдите на вкладку
«Зависимость поля от силы тока в соленоиде».
2.Установите силу тока в соленоиде 0,00 А, для чего регулятор R поверните в крайнее положение против часовой стрелки
3.Установить шток датчика поля в положение 0.
4.Нажимая кнопку УСТАНОВКА НУЛЯ ДАТЧИКА, добейтесь минимальных (близких к нулю) показаний прибора «ЭДС датчика Холла,
мВ».
5.Установите силу тока в соленоиде 0,1А и нажмите клавишу ИЗМЕРЕНИЕ .
Меняйте силу тока в соленоиде через 0,05А до 0,5А, каждый раз нажимая клавишу ИЗМЕРЕНИЕ.
6.Уменьшите ток до нуля, нажмите кнопку СТОП и перепишите результаты измерений в свой отчёт.
Получение зависимости поля соленоида от расстояния до его центра
1.Включите работу программы, нажав кнопку RUN, и перейдите на вкладку
«Зависимость поля от расстояния до центра соленоида».
2.Установить шток датчика поля в положение 0. Установите силу тока в соленоиде 0,35А и нажмите кнопку ИЗМЕРЕНИЕ.
3.Устанавливайте шток в положения 1;2;3;4;5;6;7;8;8,5;9;9,5;10 см, вводите каждый раз на панели программы соответствующие значения Х и нажимайте
кнопку ИЗМЕРЕНИЕ
14
4.Уменьшите ток до нуля, нажмите кнопку СТОП, выключите установку и
перепишите результаты измерений в отчёт.
Обработка результатов измерений
Значения индукции магнитного поля в соленоиде Визм, измеренные в эксперименте, рассчитываются по формуле (4). В первой задаче следует рассчитать теоретическое значение индукции магнитного поля в центре соленоида по формуле (2) для тока I = 0,5 A и сравнить полученное значение Врасч с Визм для этой же силы тока. Кроме того, необходимо построить графики зависимости индукции магнитного поля в центре соленоида от силы тока в его витках (задача 1) и от расстояния от центра соленоида при постоянной силе тока (задача 2). Проанализировать полученные зависимости и сделать соответствующие выводы.
15
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Какое магнитное поле называется однородным?
2.От каких величин зависит магнитная индукция в соленоиде конечной длины?
3.Какое физическое явление используется для измерения магнитной индукции в данной лабораторной работе?
4.Как зависит магнитная индукция в центре соленоида от силы тока в его витках?
5.Изобразите примерный вид зависимости магнитной индукции на оси соленоида от расстояния до его центра.
16
ПРИЛОЖЕНИЕ
ФОРМА ОТЧЕТА
Титульный лист:
УрФУ кафедра физики ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 18
Изучение магнитных полей и свойств ферромагнетика
Студент(-ка)_____________
Группа __________________
Преподаватель____________
Дата ____________________
На внутренних страницах:
Задача № 1. Изучение магнитных свойств ферромагнетика
1. Расчетные формулы:
B |
0 I1 N1 |
, |
0 |
D |
|
|
|
где B0 – …,
N1 – ...,
I1 – ...,
D– ...,
0 = 4 10–7 Гн/м – ...;
B k Ux ,
где В – ..., k – ..., Ux – ... , B .
B0
17
2. Средства измерений и их характеристики
Наименование |
Предел измерений или |
Цена деления |
Класс |
средства измерения |
номинальное значение |
шкалы |
точности |
|
|
|
|
Амперметр |
|
|
0,5 |
Милливольтметр |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
Тороид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
D = ..., |
|
N1 = ... , |
k = ... |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
3. Результаты измерений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П. 1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Намагни- |
|
Индукция B0 |
|
Ux , |
|
Индукция B |
|
Магнитная прони- |
|
|
|||||||||
|
чивающий |
|
намагничиваю- |
|
mV |
|
магнитного поля в |
|
цаемость, |
B |
|
|
|
|||||||
|
ток I |
, A |
|
|
|
образце, Тл |
|
B0 |
||||||||||||
|
|
щего поля, Тл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
4. Графики B f B0 , f B0 |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max = ... |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B0 max = ... |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B max = ... |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
5. Получение петли гистерезиса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П. 2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Сила |
|
Ux , mV |
Сила тока I, А |
|
Ux , mV |
Сила тока I, |
Ux , mV |
Сила тока |
|
||||||||||
|
тока I, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
I, А |
|
||||
|
0,80 |
|
|
|
|
– 0,05 |
|
|
|
|
|
– 0,75 |
|
0,05 |
|
|
||||
|
0,75 |
|
|
|
|
– 0,10 |
|
|
|
|
|
– 0,70 |
|
0,10 |
|
|
||||
|
… |
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
… |
|
|
… |
|
||||
|
0,00 |
|
|
|
|
– 0,80 |
|
|
|
|
|
– 0,00 |
|
0,80 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. График В(В0):
Вост =…
18
Вс =…
7. Выводы.
Задача 2. Изучение магнитного поля соленоида
1. Расчетные формулы:
Bрасч. |
0 N1I1 |
|
, |
|
|
|
|
||
|
d 2 L2 |
|||
|
|
|
|
|
где N 1 – ...
I 1 – ...
d – ...
L – ...
B изм. = сUx,
где с – ...
Ux – ...
2. Средства измерений и их характеристики:
Наименование |
Предел измерений |
Цена деления |
Предел основной |
средства измерения |
|
шкалы |
погрешности |
Амперметр |
|
|
|
Вольтметр |
|
|
|
3. Соленоид: d = ..., L = ..., N 1 = ... .
Постоянная установки c = ... .
4. Результаты измерений.
Таблица П. 3
Зависимость магнитной индукции в центре соленоида
от силы тока в его витках
Сила тока |
Ux, мВ |
Индукция B |
в соленоиде, A |
|
в соленоиде, мТл |
0,10 |
|
|
. . . |
|
|
0,5 |
|
|
|
B расч. = ... . |
|
|
. |
|
|
19 |
|
|
|
|
|
Bрасч. |
Bизм. |
|
|
... . |
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Bрасч. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П. 4 |
|
Зависимость магнитной индукции на оси соленоида |
||||||||||||
|
от расстояния до его центра |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Сила тока I1 |
Расстояние х |
|
Ux, мВ |
|
Индукция B поля |
|
||||||
в соленоиде, А |
до центра |
|
|
|
|
|
|
в соленоиде, мТл |
|
|||
соленоида, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0,5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. . . |
. . . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.Графики B f I , B f x .
6.Выводы.
20