Лабораторная работа № II-7 исследование магнитного поля соленоида и кругового тока

Цель работы: ознакомление с методом исследования постоянного магнитного поля на примере магнитных полей соленоида и кругового тока.

Приборы и принадлежности: соленоид; две соосные плоские катушки; источник постоянного тока, вольтметр; индикатор индукции магнитного поля с питающим его генератором высокой частоты.

Введение

1. Зависимость магнитных полей вокруг проводников с током от геометрических факторов

Индукция магнитного поля - это векторная величина, которая определяет силу, действующую со стороны магнитного поля на проводник с током. Если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику, то на проводник длиной L действует сила F, равная:

Это соотношение используется определения в СИ единицы магнитной индукции тесла (Тл):

1[H] = 1[Tл]1[A]·1[м].

Ток, текущий по проводнику, создает в пространстве магнитное поле. Количественно это поле удобно характеризовать напряженностью .

Величины B и H связаны соотношением:

= μ₀μ ,

где :

- магнитная постоянная;

μ - магнитная проницаемость среды; в вакууме (и, приближенно, в воздухе при нормальных условиях) μ = 1.

В однородных средах направления векторов и совпадают.

В однородной среде напряженность зависит только от значений токов в проводниках и от их взаимного расположения, но не зависит от свойств среды. Напряженность магнитного поля в каждой точке пространства равна векторной сумме значений напряженности, генерируемых отдельными токами. Таким образом, справедливым является принцип суперпозиции полей напряженности.

На расстоянии r от прямолинейного проводника с током I напряженность равна:

. (1)

В соответствии с равенством (1) единица напряженности магнитного поля в СИ: A/м. Вектор перпендикулярен проводнику с током и направлен по касательной к концентрическим окружностям с центрами на оси проводника. Направление вектора при этом определяется "правилом правостороннего буравчика".

Соленоид – это цилиндрическая проволочная катушка, витки которой располагаются с равным шагом вдоль оси цилиндрической поверхности. Характерные параметры соленоида: его радиус R и число витков, приходящихся на единицу длины n [1/м]. Внутри соленоида магнитное поле постоянно. Вектор H направлен вдоль оси соленоида. Его значение равно:

Н = (N/L)I = nI, (2)

где:

N – количество витков соленоида;

L – его длина;

I – сила тока по проводу соленоида;

n – количество витков на единицу длины соленоида.

В центре «тонкой» катушки из N витков (толщина катушки значительно меньше ее радиуса R) напряженность магнитного поля равна:

. (3)

В точке, лежащей в плоскости катушки на расстоянии Х от ее оси, вектор направлен перпендикулярно этой плоскости, а значение напряженности зависит от Х:

(4)

Всякое вещество под действием магнитного поля приобретает собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее поле.