 |
Лабораторная работа Э.5
|
|
|
|
ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
СОЛЕНОИДА
Цели работы
1) Определить индукцию магнитного поля внутри соленоида и катушки.
2) Сравнить экспериментальные результаты с расчетом.
Теоретическое введение
Магнитное поле порождается движущимися зарядами и оказывает силовое воздействие на движущиеся заряженные объекты. Упорядоченное движение зарядов называют электрическим током. Таким образом, во-первых, токи создают магнитное поле и, во-вторых, в свою очередь магнитное поле действует на токи. Если сила тока I не изменяется (постоянный ток), то магнитное поле, порожденное таким током, также не изменяется во времени и называется стационарным (в противном случае – переменным).
Одной из основных характеристик магнитного поля является вектор магнитной индукции В (Тл). Вектор В определяет величину и направление силы, с которой магнитное поле действует: а) на любой точечный заряд, движущийся со скоростью v в произвольной точке пространства, где есть магнитное поле:
– так называемая магнитная сила Лоренца;
б) на элемент длины dl линейногопроводника (достаточно малого поперечного сечения) с током I:
– сила Ампера.
Здесь вектор dl направлен вдоль провода в направлении тока, квадратными скобками обозначено векторное произведение заключенных в них сомножителей.
Закон Био – Cавара позволяет рассчитать величину и направление вектора индукции магнитного поля, созданного элементом тока 
в произвольной точке пространства на расстоянии r от тока:
Здесь 
= 4 
∙10-7 Гн/м – магнитная постоянная, 
– радиус-вектор, проведенный от элемента тока в точку наблюдения. Индукция магнитного поля 
, созданного всем током I может быть найдена суммированием полей 
, созданных в точке наблюдения всеми элементами 
этого тока. Такой способ расчета опирается на принцип суперпозиции: магнитное поле, создаваемое несколькими токами, равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым током в отдельности. Таким образом, полное поле в точке наблюдения есть
|
|
|
. (1)
Использование закона Био-Савара и принципа суперпозиции позволяет рассчитать значения индукции магнитного поля в любой точке на оси катушек, что является задачей эксперимента. Лабораторная аппаратура позволяет измерить величину индукции поля катушек в определенных точках и сравнить расчетные данные с экспериментальными.
В приложении показано, что величина индукции поля на оси катушки в произвольной точке с координатой x, отсчитываемой от 
(центр катушки), дается выражением
(2)
Здесь N – число витков катушки, l – ее длина, x – координата точки наблюдения на оси катушки, R – радиус катушки, 
и 
– углы между осью катушки и лучами из точки x к краям катушки (рис. 1).
Примерная картина структуры и величины магнитного поля внутри короткой и длинной катушек приведена на рис. 1.
Если выполняется соотношение 2R 
l (длинную катушку называют соленоидом), то в точке с координатой 
(торец) имеют место равенства α1= 
и α2 
, а в центре соленоида (x= 0) — α1 
и α2 . В этом случае расчет величины магнитной индукции на оси соленоида в центре В ци в торце В тпо формуле (2) дает
(3)
где 
— число витков на единицу длины соленоида.
Если выполняется соотношение l 
2 R (короткая катушка)и 
, то с учетом того, что α2 = α1+ 
; 
и 
, получаем
(4)
Из геометрических построений на рис. 1 следует, что
(5)
Подставляя (5) в (4), а (4) в (2), получаем окончательную формулу для
магнитной индукции на оси короткой катушки
(6)
|
|
|
А. Лабораторная установка
Бригадно-лабораторная система обучения
Все MB работают только в режиме низкой частоты
ДОПУСК ПЕРСОНАЛА СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ К РАБОТАМ В ДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ И В ОХРАННОЙ ЗОНЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
Как работать с книгой
Клиническая лабораторная диагностика_каз
Контрольная работа 1
Контрольная работа 3.
Контрольная работа № 3
