5.6 Устройство и принцип работы

Вид соленоида, применяемого в этой работе, приведен на рисунке 5.5. Его витки, имеющие форму квадрата, нанесены на каркас, состоящий из деревянного бруска 1 и пластин из картона 2 и 3. Внутри соленоида по бруску 1 может свободно перемещаться пластина 4, вдоль боковой стороны которой нанесена шкала с делениями 1 см. Вдоль пластины 4 по ее середине проведена прямая 5 - ось пластины. На одном краю пластины 4 жестко укреплен компас так, что деления его шкалы 90 и 270 и центр компаса находятся на оси пластины. Когда центр компаса находится у крайнего витка соленоида, деление "0^" шкалы пластины 4 находится у края пластины 2.

Схема включения соленоида в электрическую цепь приведена на рисунке 5.6, где 1 - щелочной аккумулятор (одна банка), 2 - миллиамперметр на 150 ‑ 200 мА, 3 - ключ, 4 - реостат, 5 - соленоид.

Рисунок 5.5 – Вид применяемого соленоида

5.7 Методика проведения эксперимента

5.7.1 Собрать цепь по схеме, изображенной на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 – Электрическая схема для выполнения работы

5.7.2 Перемещая пластину 4 (рисунок 5.5), установить компас у середины соленоида. Координатух центра компаса отсчитать по шкале, нанесеннойна пластину 4, и занести в таблицу 5.1.

5.7.3 Вращая соленоид вокруг вертикальной оси, установить его так, чтобы северный полюс магнитной стрелки совпадал с делением "0" шкалы компаса (при этом ось соленоида будет перпендикулярна направлению север-юг).

5.7.4 Замкнуть цепь. При этом стрелка отклонится от первоначального положения. Подобрать ток, при котором стрелка отклоняется на угол φ = 45°, 30° или 60°. Значение угла φ занести в таблицу 5.1.

5.7.5 Перемещайте пластину 4 вместе с компасом от одного края соленоида до другого. Через 2 - 3 см измерить углы отклонения стрелки компаса. Расстояния х центра компаса, отсчитываемые по шкале, нанесенной на пластине 4, и соответствующие им углы отклонения φ занести в таблицу 5.1.

5.7.6 По данным таблицы 5.1 построить график зависимости В=F(х). По полученному графику охарактеризовать магнитное поле длинного соленоидавдали от краев соленоида и у краев соленоида.

5.7.7 Рассчитать абсолютную погрешность измерения модуля вектора магнитной индукции для середины соленоида по формуле:

,

где B₀ =1,8310^-5 Тл - горизонтальная составляющая магнитного поля Земли для Орла; ΔB₀ = 0,01B₀; Δφ - погрешность в измерении угла отклонения стрелки компаса.

При цене деления шкалы компаса 3⁺ можно считать, что Δφ=1,5⁺/53 радиан.

5.7.8 Измерить длину соленоида l. Подсчитать число витковNв соленоиде и по формулее = μ₀I, найти теоретическое значение модуля вектора магнитной индукции в соленоиде, гдеn = N∕l. Сравнить это значение с экспериментально найденным.

Таблица 5.1 – Результаты измерений и вычислений

х, см
φ, град.
tgφ
В10^-5,Тл

5.7.9 Разомкнуть цепь (рисунок 5.6). Удалить компас из соленоида и поместить его рядом с соленоидом вблизи его середины. Замкнуть цепь и пронаблюдать отклонение стрелки компаса. Какой вывод следует из этого эксперимента?

ПРИМЕЧАНИЕ. При проведении измерений рядом с соленоидом не должны находиться стальные предметы. Миллиамперметр и аккумулятор следует располагать как можно дальше от соленоида.