ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / 13 / лаба-13-готова
.docР а б т а №13. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА
Ц е л ь р а б о т ы – изучение магнитного поля создаваемого током текущим по прямоугольной рамке. Измерение с помощью индукционного датчика, соединенного с ламповым вольтметром, магнитного поля Н нижнего участка этой рамки при различных расстояниях от него. Построение графика зависимости магнитного поля от расстояния и сравнение его с теоретическим, полученным на основании закона Био-Савара-Лапласа.
Общие сведения.
Проводник, по которому протекает электрический ток, создает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется вектором напряженности H (рис.1), который можно вычислить по формуле
H = dH.
Cогласно закону Био-Савара-Лапласа,
,
где I – сила тока в проводнике, dl – вектор, имеющий длину элементарного отрезка проводника и направленный по направлению тока, r – радиус вектор, соединяющий элемент с рассматриваемой точкой P.
Рассмотрим магнитное поле создаваемое прямолинейным проводником с током конечной длины (рис.2). Отдельные элементарные участки этого проводника создают поля dH, направленные в одну сторону (перпендикулярно плоскости чертежа), поэтому напряженность магнитного поля в точке P может быть найдена интегрированием:
Имеем l = ro сtg, так что Кроме того, Поэтому
После интегрирования получим
, (1)
где ro – кратчайшее расстояние от точки P до проводника с током, 1 и 2 - углы между крайними элементами проводника и соответствующими радиус-векторами PA и PB.
Если определять напряженность в точках, расположенных на перпендикуляре, восстановленном к середине проводника, то cos2 = cos(180 -1) = - cos1 и, следовательно,
(cos1 - cos2) = 2cos1 = . (2)
С учетом выражения (2) формулу (1) можно записать в виде
. (3)
Схема установки.
Основные расчетные формулы.
Формула для расчета значения y : ;
Формула для расчета теоретической напряженности магнитного поля: ;
Формула для расчета экспериментальной напряженности магнитного поля: ;
Формула для расчета погрешности экспериментальной напряженности магнитного поля:
.
Таблица для записи измерений:
x |
∆x |
r0 |
∆r0 |
Eэф |
∆Eэф
|
|
∆y |
Hэ |
Hт |
∆Hэ |
м |
м |
м |
м |
mB |
mB |
|
|
А/м |
А/м |
А/м |
0 |
|
0,006 |
|
0,145 |
5 |
182 |
|
16,98 |
28,93 |
0,6063 |
0,02 |
|
0,026 |
|
0,064 |
|
38,5 |
|
10,9 |
6,14 |
|
0,04 |
|
0,046 |
|
0,042 |
|
20,8 |
|
9,9 |
3,32 |
0,1213 |
0,06 |
|
0,066 |
|
0,033 |
|
13,7 |
|
4,4 |
2,2 |
|
0,08 |
|
0,086 |
|
0,022 |
|
9,9 |
|
3,64 |
1,6 |
|
0,1 |
|
0,106 |
|
0,018 |
|
7,5 |
|
2,3 |
1,2 |
|
0,12 |
|
0,126 |
|
0,015 |
|
5,8 |
|
2,06 |
0,93 |
|
0,14 |
0,5∙10-3 |
0,146 |
0,5∙10-3 |
0,014 |
1 |
4,7 |
|
1,82 |
0,74 |
|
0,16 |
|
0,166 |
|
0,013 |
|
3,8 |
|
1,64 |
0,61 |
|
0,18 |
|
0,186 |
|
0,012 |
|
3,2 |
|
1,52 |
0,51 |
0,0606 |
0,2 |
|
0,206 |
|
0,0096 |
|
2,7 |
|
1,4 |
0,43 |
|
0,22 |
|
0,226 |
|
0,0092 |
|
2,3 |
|
1,3 |
0,36 |
|
0,24 |
|
0,246 |
|
0,009 |
|
2 |
|
1,26 |
0,31 |
|
0,26 |
|
0,266 |
|
0,0088 |
|
1,7 |
|
1,21 |
0,27 |
|
0,28 |
|
0,286 |
|
0,0086 |
0,5 |
1,5 |
|
1,16 |
0,24 |
|
Графики:
Зависимость Hт(r0)
Зависимость Hт(y)
Окончательные ответы для значений x=0; 0,04; 0,18:
x=0:
Hэ=(16,98+0,61)А/м;
x=0,04: Hэ=(9,95+0,13)А/м;
x=0,18: Hэ=(1,52+0,07)А/м;
Вывод:
В результате опыта было измерено с помощью индукционного датчика, соединенного с ламповым вольтметром, магнитное поле нижнего участка рамки при различных расстояниях от него. Были построены графики зависимости магнитного поля от расстояния и сравнение его с теоретическим, полученным на основании закона Био-Савара-Лапласа. Приведены окончательные ответы для некоторых опытов.
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Лабораторная работа N13
Физика.
Электродинамика.
По дисциплине____________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ИЗУЧЕНИЕ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА
Тема:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Басов
А.В.
НГ-01
Автор: студент гр. _____ ____________________ / _______________ /
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: ___________________
ПРОВЕРИЛ:
Корольков
А.П.
_________ ________________ /________________/
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2002 год