Л.р.201-250 / Л_Р_241
.DOC
Лабораторна робота № 241
ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОЇДА
Мета роботи дослідити магнітне поле соленоїда.
Прилади та обладнання: соленоїд; трансформатор; прилад для вимірювання робочого струму в соленоїді; мікротесламетр .
Теоретичні відомості
Соленоїд являє собою циліндричну котушку з великим числом витків. Якщо витки соленоїда щільно розташовані один біля одного, то соленоїд можна розглядати як систему послідовно з'єднаних кругових струмів однакового радіуса із загальною віссю. Індукція магнітного поля в будь-якій точці А на осі соленоїда чисельно дорівнює сумі індукцій магнітних полів, створюваних у цій точці всіма витками. Якщо число витків соленоїда на одиницю довжини дорівнює n, то число витків на малій ділянці буде dN=ndl і ця ділянка створює індукцію
(1)
Виразимо значення l, dl та через кут і радіус витка R . З рисунка 1:
, ,
Рисунок 1
Виходячи з цього, формула (1) запишеться у вигляді
=.
Для знаходження індукції магнітного поля останній вираз треба проінтегрувати у межах від до , де і кути, під якими бачимо кінці соленоїда з точки А. Проінтегрувавши, одержимо:
В= (2)
Для довільно розташованої точки А, як видно з рис. 4, отримаємо
;
де L довжина соленоїда;
h відстань по осі від кінця соленоїда до точки А , можна прийняти як позитивні (за межами соленоїда), так і негативні значення (у середині соленоїда). Підставивши в (2) значення і у для немагнітних середовищ (= 1), отримаємо:
. (3)
За цією формулою при заданих параметрах соленоїда (L, n ,R) та значенні струму І в ньому можна обчислити значення В у будь-якій точці на осі соленоїда. При більшій довжині соленоїда (L>>R) другий член дорівнює одиниці, і тоді:
. (4)
На кінцях соленоїда (h=0) отримаємо значення В у 2 рази менше, ніж у середині його:
. (5)
Дані соленоїда:
довжина соленоїда: L= 0,53 м;
провід-мідь: =1.7 Ом.м. = 0.27м.
діаметр соленоїда: D= 0,064 м ( R= 0,032 м),
загальнa кількість витків: N = 1700;
кількість витків на одиницю довжини: n= 3200 м .
Порядок виконання роботи
1.Зібрати cхему живлення соленоїда (рис. 2). Соленоїд живиться від мережі 220 В через знижувальний трансформатор.
2. Включити в мережу мікротесламетр і трансформатор, що живить соленоїд. На передній панелі мікротесламетра ввімкнути клавіші "Мережа" і межу виміру "1000Тл". Відлік на межі "1000Тл" робиться по верхній шкалі, що має 100 поділок, із використанням ПІМ-11 (перетворювач індукційний магнітовимірювальний).
Рисунок 2
3. Поставити перемикач у положення 1 і виміряти силу струму в соленоїді I.
4. Виміряти B через кожні 10 мм від кінця соленоїда в середину (-h) і за межами його (+h). Місце відліку відстані біла смужка на датчику ПІМ-11. Отримані данi записати в таблицю.
5. За формулою (4) при значенні струму в cоленоїді обчислити значення В для заданих величин h і занести в таблицю у графу .
6. Поставити перемикач блоку живлення соленоїда у положення 2 і виміряти силу струму в соленоїді .
7. Виконати пп. 4, 5 при силі струму .
8. Обчислити розходження експериментальних і теоретичних значень індукції магнітного поля .
9. На одному рисунку для двох значень струму , , побудувати графіки = та =. Порівняти їх.
10. Зробити висновок.
Таблиця
І, А |
h, м В, Тл |
0,015 |
0,010 |
0,005
|
0 |
0,005 |
0,010 |
0,015 |
, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольні питання наведені в лабораторних роботах № 240,242.