 |
Лабораторна робота №3-4
|
|
|
|
З дисципліни: «Фізика»
На тему: «Визначення напруженості магнітного поля на осі соленоїда»
Підготував: студент групи МІТ-11
Сікорський Дмитро
Перевірили: к.ф.-м.н.,доц. Ющенко А.В.
інж.1-ої кат. Сайчук В.М.
Вінниця 2012
л. 1. §50.2. §§15.4, 15.5
Мета роботи: Набути навиків вимірювання напруженості магнітного поля в різних точках вздовж осі соленоїда.
Прилади та матеріали: Соленоїд з вимірювальною котушкою; балістичний гальванометр; амперметр; реостат; вимикач.
Теоретичні відомості:
Напруженість магнітного поля на осі соленоїда в загальному випадку визначається за формулою:
(1)
де I – струм, що проходить по обмотці соленоїда;
n – кількість витків на одиницю довжини соленоїда;
j1 та j2 – кути під якими з точки спостереження видно радіуси поблизу кінців соленоїда (рис.1).
Коли діаметр і довжина соленоїда сумірні то такий соленоїд називається коротким. Для короткого соленоїда напруженість Н магнітного поля максимальна на осі соленоїда. В решті точок величина Н менша.
Для довгого соленоїда (коли R<<l) j1® 0, j2 ®p і магнітне поле буде однорідним. Обчислимо напруженість магнітного поля для будь-якої точки на осі соленоїда.
З рис.1 видно, що
(2)
(3)
Тоді 
(4)
Величина n ×l = N – повне число витків. Отже,
(5)
Поле багатошарового соленоїда якісно має той самий характер, як і поле одношарового.
У даній роботі напруженість магнітного поля визначається за допомогою балістичного гальванометра. Схему установки наведено на рис. 2. Балістичний гальванометр приєднується до вимірювальної котушки W. При замиканні вимикача К напруженість магнітного поля на осі соленоїда зростає від нуля до значення Н.
|
|
|
Магнітний потік, який пронизує при цьому вимірювальну котушку:
(6)
де S і N1 – площа поперечного перерізу і число витків вимірювальної котушки.
У колі котушки W виникає короткочасний індукційний струм і рамка гальванометра відхиляється на деякий кут b. Зміщення світлового “зайчика” відраховується по шкалі гальванометра.
Кількість електрики q, що пройде через гальванометр,
(7)
де Rk- опір кола гальванометра, Ом. (Складається з опору котушки і опору гальванометра) 
.
(8)
З другого боку, кількість електрики q пропорційна величині зміщення покажчика балістичного гальванометра від положення рівноваги a:
(9)
де Сg – стала балістичного гальванометра (рівна ціні однієї поділки шкали балістичного гальванометра).
З формул (8) і (9) маємо:
(10)
Величини S, N1, R, Rg, Cg, залишаються сталими при всіх вимірюваннях, тому введено позначення:
(11)
тоді
(12)
де С¢ – балістична стала установки.
Після визначення сталої С¢ установки можна визначити напруженість магнітного поля в будь-якій точці, розміщеній на осі соленоїда
(13)
де індекс х означає координату на осі соленоїда.
Порядок виконання роботи:
1. Скласти схему згідно рис. 2.
2. Розмістити вимірювальну котушку W на осі соленоїда, що відповідає координаті х = 0, та встановити реостатом струм у колі соленоїда 1,0-1,5 А. (За точку відліку прийняти точку, яка розміщена в центрі соленоїда)
3. Розрахувати напруженість магнітного поля на осі соленоїда (центр соленоїда) за формулою (5).
4. Визначити a в момент замикання та розмикання і взяти середнє значення.
5. Користуючись формулою (11), визначити сталу С¢
6. Повторити вимірювання, зазначені в пп. 4,5, не менше як 3 рази та розрахувати середнє значення.
7. Провести вимірювання в точках соленоїда, розташованих одна від одної на відстані 1 см. від точки х=0 і до точки, яка співпадає з кінцем соленоїда.
8. Записати в таблицю.для кожної точки значенння aх та за формулою (13) розрахувати напруженість магнітного поля в цих точках.
|
|
|
9. Побудувати графік залежності Нх від х. Початок координат сумістити з точкою в центрі соленоїда.
Контрольні запитання:
1.Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа.
2.Виведіть формулу для Н на осі колового витка і на осі соленоїда.
|
|
|
