исследование магнитного поля соленоида vkclub152685050 скачать ответы

Φ1 =µµ0HS1N1 =µµ0S1N1In,

Катушка K и измерительная катушка K1 служат для градуиров ки баллистического гальванометра, заключающейся в определении его баллистической постоянной. Катушка K1 представляет собой первичную обмотку трансформатора, на которую в виде вторичной обмотки намотана катушка K. Напряженность магнитного поля в центре катушки K определяется по формуле (3). Магнитный поток Ф1, пронизывающий обмотку измерительной катушки K1

(5)

где n = NL – число витков на единицу длины катушки K; N – общее число витков катушки K; L – длина катушки; µ0 – магнитная посто янная системы СИ; µ– магнитная проницаемость сердечника катуш ки (в нашем случае µ = 1); N1 – полное число витков катушки K1; H =nI – напряженность магнитного поля в центре катушки K, созда ваемого током I. При изменении направления тока в нормальной ка тушке K на противоположное магнитный поток, пересекающий вит ки измерительной катушки K1, изменится на величину 2Ф1 и в ка тушке K1 возникнет ЭДС индукции. В замкнутой цепи баллистичес кого гальванометра потечет кратковременный электрический ток. Рамка гальванометра повернется вместе с зеркальцем, укрепленным на ней. Световой указатель сместится по шкале гальванометра на количество делений β. Количество электричества, прошедшего через катушку K1 при протекании кратковременного индукционного тока, пропорционально смещению светового указателя по шкале гальва нометра

q1 = Cβ,

(6)

где C – баллистическая постоянная гальванометра, выраженная в кулонах на величину деления шкалы. Количество электричества q1 определяется из закона электромагнитной индукции Фарадея

		q =		2Ф1			,	(7)
	1			R
	где R – полное сопротивление цепи баллистического гальванометра.
	Из (6) и (7) находим						vk.com/club152685050
			2Ф1
		C =				. vk.com/id446425943		(8)
				βR
	Подставляя значение Ф1 из (5) в (8), получим
	С =	2µ0nS1N1I			= 2MI ,			(9)
		βR					βR

где M – коэффициент взаимной индукции катушек K и K1

25

M =µ0nN1S1.

(10)

При всех измерениях катушки K2 и К1 остаются соединенными последовательно, и поэтому сопротивление цепи гальванометра ос тается неизменным. Исходя из этого, при практических измерениях более удобно пользоваться не баллистической постоянной гальвано метра C, а величиной C′=CR, которую следует назвать баллистичес кой постоянной установки. Тогда, воспользовавшись равенством (9), найдем

	′	=	2MI	.	vk.com/club152685050
					vk.com/id446425943	(11)
	C		β

Таким образом, зная ток I, протекающий через катушку K, и из мерив отклонение светового указателя β, можно вычислить баллис тическую постоянную установки C′.

Пусть N2 – полное число витков; S2 – поперечное сечение измери тельной катушки Kx. Если в катушке Kx, на оси которой следует измерить напряженность магнитного поля, изменить направление тока на противоположное, то витки катушки K2 пересечет магнит ный поток

2Φ2 =2µ0HxN2S2.

(12)

При этом через рамку гальванометра протечет заряд q2, равный

	q2 =	2Ф2	= Cλ = C′,	(13)
		R
			R

где λ– отклонение светового указателя по шкале гальванометра. Подставив в (13) выражение для Ф2, определим напряженность

магнитного поля в произвольной точке оси катушки

Hx	=	C′λ	.	vk.com/club152685050
	2µ0N2S2			vk.com/id446425943(14)

Порядок выполнения работы

После ознакомления со схемой установки и лабораторным макетом определяют баллистическую постоянную установки C′. Для этого под ключают с помощью переключателя П1 катушку K к источнику пита ния и устанавливают реостатом R ток, указанный преподавателем (100–150 мА). Изменив направление тока в катушке K переключате лем П2, измеряют отклонение светового указателя βи по формуле (11) вычисляют баллистическую постоянную установки. Измерения сле дует производить не менее шести раз при двух значениях силы тока Iв катушке K. Далее измерительную катушку K2 располагают внутри

26

катушки Kx и при помощи переключателя П1 подключают катушку Kx к источнику питания. Изменив направление силы тока в катушке Kx при помощи переключателя П2, измеряют отклонение светового указателя λ. Для измерения величины перемещения катушки K2 от носительноисследуемогосоленоидаKx настержне,совмещенномсосью соленоида Kx, нанесены деления. Цена деления ∆l =5 мм. Последова тельно перемещая катушку K2 внутри соленоида Kx через одно деле ние, повторяют измерения. Измерения производят до тех пор, пока катушка K2 не будет полностью выдвинута из соленоида Kx. Данные измерений заносятся в табл. 1.

Вычисление результатов и оформление отчета

Рассчитывают средние значения отклонений светового указателя βи баллистическую постоянную С′для двух значений силы тока. По средним значениям отклонений светового указателя λвычисляют ве личины напряженностей магнитного поля на оси исследуемого соле ноида Kx, а также для двух значений силы тока, указанных препода вателем. Данные вычислений заносятся в таблицу.

По формулам (1) и (2) с учетом размеров катушки Kx рассчитыва ют напряженность магнитного поля. Данные вычислений заносят в табл. 1.

Таблица 1

l, м	сos 1	сos 2	Hx, А/м

В табл. 1 через l обозначено расстояние, отсчитываемое от цент ральной точки на оси соленоида до точки, в которой производится вычисление напряженности магнитного поля (рис. 1, б). Строят гра фики зависимости Hx от λпо экспериментально полученным данным

иданным, полученным в результате вычислений Hx по формулам (1)

и(2). Оба графика строят на одном листе миллиметровки. Рассчитывают неисключенные систематические погрешности для

βи одного из значений C′, а также для одного из значений λи Hx при неизменном значении силы тока.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Дайте определения магнитной индукции, напряженности маг нитного поля, магнитного потока.

2.В каких единицах измеряются магнитная индукция, напря женность магнитного поля, магнитный поток?

27

3.В чем состоит закон электромагнитной индукции Фарадея?

4.Дайте определение коэффициента взаимной индукции.

5.Напишите и поясните формулу для вычисления напряженнос ти магнитного поля на оси соленоида.

6.Опишите принцип действия баллистического гальванометра.

7.Дайте вывод формулы для вычисления баллистической посто янной установки C′, опишите методику измерений.

vk.com/club152685050

vk.com/id446425943

28