Контрольні запитання

1. Що треба розуміти під горизонтальною складовою магнітного поля? Як змінюється по розмірі і напрямку горизонтальна складова при переході від екватора до полюса?

2. У чому полягає метод визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі в даній роботі?

3. Як знайти розміри і напрямок напруженості магнітного поля кругового струму в його центрі?

4. Чи буде змінюватися величина Н₀ у даному місці Землі від зміни сили струму в тангенс-гальванометрі?

5. Які одиниці виміру напруженості магнітного поля в СІ?

Література

1. Савельев И.В. Курс общей физики. т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

2. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

3. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

4. Парселл Э. Электричество и магнетизм. Пер. с англ. Изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1971.

Лабораторне заняття № 15

Тема: Визначення індуктивності соленоїда методом Жубера.

Мета роботи: вивчення закону Ома для ланцюгів змінного струму; ознайомитись з методом вимірювання індуктивності соленоїда.

Прилади та приладдя: котушка індуктивності з трьома секціями на 1200, 2400 та 3600 витків, амперметр Э-59, вольтметр Э -59, вольтметр М 109/1, джерело струму ВС-24.

Теоретичні відомості.

Відповідно до закону Біо-Саварс-Лапласа електричний струм в контурі створює магнітне поле, індукція В якого пропорційна силі струму. І. Тому магнітний потік Ф прямо пропорційний струму І:

Ф = L І (1)

Коефіцієнт пропорційності L між Ф та І називається індуктивністю поля. За одиницю індуктивності в СІ приймається Генрі. Один Генрі - це індуктивність такого контуру, в якому при силі струму 1А виникає магнітний потік 1ВБ.

Розрахунок індуктивності показує, що індуктивність контуру визначається тільки його геометрією та середовищем в якому він розташований. При зміні сили струму в полі буду змінюватися і зчеплений з ним магнітний потік. Отже, в контурі буде індукуватися ЕРС індукції.

Виникнення ЕРС індукції в провіднику при зміні в ньому сили струму називається явищем самоіндукції

(2)

Використовуючи отримані вирази, можна дати наступне визначення L: індуктивність контуру дорівнює відношенню ЕРС, що виникає в контурі, до швидкості зміни струму в ньому.

Наявність в контурі, по якому протікає змінний електричний струм, ЕРС самоіндукції визначає додатковий опір контуру струму, цей опір називається індуктивним і позначається ХL.

Розглянемо контур, що складається із послідовно з'єднаних: Омічного опору R, соленоїда з індуктивністю L та джерела змінної ЕРС. Будемо визначати, що струм в контурі змінюється по гармонічному закону.

Де І-миттєве значення сили струму, І0-амплітудне значення сили струму. Підставивши з (1) в (2):

Де - амплітудне значення ЕРС;- миттєве значення ЕС.

Згідно із законом Ома, індуктивний опір можна записати у вигляді:

.

Вважаючи, що , де ω – циклічна частота, ν – лінійна частота, можна записати у вигляді:

В ланцюгах постійного струму індуктивний опір завжди дорівнює 0.

Індуктивний опір, як і ємнісний, відноситься до реактивних опорів, які відрізняються від активних тим, що вони не перетворюють електричну енергію в теплоту. Енергія, споживана реактивними опорами, періодично повертається в електричний ланцюг при змінені електростатичного поля конденсатора або магнітного поля соленоїда.

При наявності в ланцюгу індуктивного опору ХL спостерігається відставання струму по фазі від ЕРС.

Зсув по фізі φ визначається по формулі:

.

Розрахунки показують, що повний опір контуру Z визначається по формулі.

.

Враховуючи, що .

Розв’язуючи дане рівняння відносно L, будемо мати розрахункову формулу:

.

Таким чином опір контура при змінному струмі більше, ніж при постійному за рахунок виникнення індуктивного опору.

Омічний і повний опір можна визначити по закону Ома:

(4); (5).

Де U, U0 - напруга на соленоїді відповідно при постійному та змінному струмах; І, І0 значення сили струму відповідно при постійному та змінному струмах.

Опис установки

Соленоїд, що досліджується в даній роботі, являє собою котушку з різним числом витків. На панелі між клемами нанесені цифри 1200 та 2400 відповідно до кількості витків обмотки виведених до цих затискачів. Таким чином між клемами А і Б 1200 витків, між клемами Б і В 2400, а між А і В 3600.

Порядок виконання роботи.

А. Визначення омічного опору котушки.

Для знаходження омічного опору К. використовують постійний струм.

Скласти ланцюг постійного струму по схемі, включити котушку, що має 1200 витків. Обертати ручку потенціометра на ВС -24, задати довільне значення напруги, визначити відповідний струм. Проробити вимірювання для інших значень струмів та напруг (не менше трьох пар значень). Аналогічні вимірювання проробити з котушками, що мають 2400 та 3600 витків. По одержаним даним розрахувати для кожної котушки омічний опір

Б. Визначення повного опору котушки.

Чисельне значення повного (котушки.) опору визначити по формулі

Зібрати ланцюг змінного струму по схемі. Проробити вимірювання, аналогічні вимірюванням, проведених в першій частині. Обчислити повний опір котушок на 1200. 2400 та 3600 витків. По розрахунковій формулі обчислити індуктивність котушки, що має 1200, 2400 та 3600 витків. Отримані дані занести до таблиці.