МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики горных пород и процессов

Методические указания

для выполнения лабораторных работ по курсу

«Электромагнитные процессы»

Методические указания предназначены

для студентов специальности ГФ

Разработали:

Гридин О.М., проф. д.т.н.

Наумов К.И., проф., к.т.н.

Шведов И.М., доц., к.т.н.

Лесков С.Ф., к.т.н.

Ананьев П.П., к.т.н.

Ермаков С. В.

Москва, МГГУ, 2011

Оглавление

.

1	Измерение импульсного магнитного поля	3
2	Измерение магнитно-диэлектрических свойств рудного материала	7
3	Определение положения магнитного тела в грунте	11
4	Кинетика процесса электролиза воды	16
5	Электропотенциал углей	19
6	Измерение магнитной восприимчивости на магнитных весах	27
7	Протонный магнитометр	32
8	Эффект Степанова	35
9	Термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) минералов	39
10	Эффект Томсона	42
11	Магнитокинетический эффект	45
	Литература	47

Работа №1 Измерение импульсного магнитного поля

Цель работы.

Объектом исследования является изучение характеристик импульсного магнитного поля катушки. Цель работы - отработка различных режимов работы электромагнитной установки и определение зависимости напряженности и длительности импульсного магнитного поля от напряжения на конденсаторе.

Общие сведения

Магнитное поле - это форма материи, окружающей движущиеся электрические заряды. Магнитное поле является составной частью электромагнитного поля. Силовой характеристикой магнитного поля является индукция магнитного поля В. Магнитная индукция измеряется в теслах (Тл). Тесла - это индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с максимальным касательным вращательным моментом 1Н^.м на контур с током, магнитный момент которого равен 1 А^.м² . Наряду с вектором магнитной индукции В вводится еще одна силовая характеристика магнитного поля - напряженность магнитного поля Н. Векторы В и Н коллинеарны и связаны соотношением

В= μμ₀ Н

Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м); μ₀ -магнитная постоянная, равная μ₀ = 4π ^.10^-7 Гн/м; μ- относительная магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде больше или меньше, чем в вакууме (μ =1 для воздуха).

Магнитным потоком Ф через некоторую поверхность S называется скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности. Магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром с током равен:

Ф=ВS

Если контур с током представляет собой катушку (соленоид) диаметром d, то при изменении магнитного потока через катушку на ее концах появится напряжение U:

U = (dФ/dt)^.N_B = (dB/dt)^.S^.N_B = (dB/dt)^.(πd²/4)^.N_B ,

где Ф - магнитный поток, изменяющийся со временем; N_B - количество витков катушки.

При гармоническом изменении потока выразим эту формулу через магнитную индукцию:

U =μμ₀Н₀ ωcos(ωt) N_B πd²/4 = U₀ ωcos(ωt),

Н = 4μ₀/ μ₀ ωcos(ωt) πd² N_B = Н₀ ωcos(ωt),

где Uи Н₀ – амплитуды магнитной индукции и напряженности магнитного поля.

Т.к. ω = 2π/Т, то основная расчетная формула для определения амплитуды поля:

U₀= (2πN_В μμ₀Н₀/Т)^.πd²/4,

Н₀ = 4 U₀ T/ μ₀^.2π^. πd² N_B,

где U₀- напряжение, показываемое датчиком на осциллограмме, N_В - число витков датчика, μ₀ - магнитная постоянная, Н₀ – амплитуда напряженности импульсного магнитного поля, Т – период. Подставляя данные для конкретных условий и оборудования получим:

Н₀ =1,8^.10⁹ U₀ Т

Методика выполнения работы

1. Собрать прибор по указанной схеме, для этого использовать две катушки с разным числом витков (d =70 мм h=85 мм): для 1 и 2 опыта синюю катушку, для 3,4 - черную катушку и датчик (d_д=3 мм, N_д=10) для отображения осциллограммы.

2. Нажать кнопку «Пуск».

3. Для зарядки конденсатора до U_с (для 1,3 опыта 200 В, для 2,4 – 400 В) нажать на кнопку КН1 «Зарядка».

4. Разрядить конденсатор, нажимая КН2 «Разрядка»

5. Используя полученную осциллограмму найти период импульса (Т) и напряжение датчика (U_д).

6. Вычислить напряженность поля по основной расчетной формуле и занести полученные данные в табл. 1.

7. Построить график зависимости напряженности поля от напряжения на конденсаторе, подобрать аппроксимирующую формулу и сопоставить ее с расчетной.

8. Зарисовать форму импульса магнитного поля с экрана осциллографа и изобразить его на бумаге в координатных осях Н (А/м) и t (время, мс).

9. Используя уравнения Максвелла рассчитать изменение напряженности вихревого электрического поля и построить график в координатных осях Е (В/м) и t.

Рис. 2. Установка для измерения импульсного магнитного поля.

Табл. 1. Результаты вычислений

№ опыта	Uc (В)	Т (с^.10^-4)	U0 (В)	Н0 (А/м^.10^5)	Примечание (цвет катушки)
1					синяя
2					синяя
3					черная
4					черная

Контрольные вопросы

1. В чем физическая сущность магнитно - импульсного разупрочнения горных пород?

2. Как время разряда конденсатора связано с его емкостью и индуктивностью катушки?

3. Какие горные породы в наибольшей степени пригодны для магнитно - импульсного разупрочнения?