Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Изучение магнитного поля (закон Био-Савара-Лапласа)

Лабораторная работа №3.

Выполнил: студент гр. РТ-11 / Ширманов Р.В. /

Принял: профессор / Сырков А.Г.. /

Санкт-Петербург

Цель работы:

Измерение магнитных полей, создаваемых проводниками различных конфигураций. Экспериментальная проверка закона Био-Савара-Лапласа.

Явление, изучаемое в работе - магнитное поле.

Основные определения о понятия:

Магнитное поле – силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты. Создается только движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды.

Соленоид – свернутый в спираль изолированный проводник, по которому течет электрический ток.

Магнитная проницаемость среды – безразмерная величина, показывающая во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды.

Электрический ток – направленное движение электрически заряженных частиц.

Сила тока – скалярная физическая величина, равная величине электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Индуктивность – величина, характеризующая магнитные свойства проводника.

Магнитная индукция – основная силовая характеристика магнитного поля, Показывает, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Напряженность магнитного поля – векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля.

Основные физические законы и соотношения:

Закон Био-Савара-Лапласа:

Определяет индукцию поля создаваемого элементом проводника с током в точке, находящейся на расстоянии r от элемента проводника.

Магнитное поле на оси короткой катушки:

Всоответствии с принципом суперпозиции магнитное поле катушки представляет собой алгебраическую сумму полей отдельных витков.

Принцип суперпозиции магнитных полей:

Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими потоками или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимися зарядами в отдельности:

Схема установки:

Принципиальная электрическая схема установки

1 – измеритель индукции магнитного поля (тесламетр), А – амперметр, 2 – соединительный провод, 3 – измерительный щуп, 4 – датчик Холла, 5 – исследуемый объект (короткая катушка, прямой проводник, соленоид), 6 – источник тока, 7 – линейка для фиксирования положения датчика, 8 – держатель щупа.

Основные расчетные формулы:

Магнитная индукция, создаваемая короткой катушкой:

– радиус катушки, [ ] =м

z – расстояние от центра катушки до датчика Холла, [z] = м

– число витков катушки.

– магнитная постоянная, [ ] = Гн/м

– магнитная проницаемость среды

– сила тока, [ ] = А

– магнитная индукция, [ ] = Тл

Магнитная индукция, создаваемая соленоидом:

- длина соленоида, [ ] = м

- число витков соленоида

– магнитная постоянная, [ ] = Гн/м

– магнитная проницаемость среды

– сила тока, [ ] = А

– магнитная индукция, [ ] = Тл

Магнитная индукция, создаваемая прямолинейным источником тока

– магнитная постоянная, [ ] = Гн/м

– магнитная проницаемость среды

- кратчайшее расстояние от точки до проводника с током

– сила тока, [ ] = А

– магнитная индукция, [ ] = Тл

Кратчайшее расстояние от датчика до проводника с током:

Индуктивность соленоида:

Y – потокосцепление

Потокосцепление:

Площадь сечения соленоида:

Погрешности прямых измерений:

∆I=0.05(A)

∆l=0,5∙10^-3(м)

∆B=0,01(мТл)

Формулы погрешности косвенных измерений:

Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукцией, создаваемой соленоидом:

Таблицы измерений:

Табл.1. Измерение зависимости магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния до центра катушки.

z см -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Bэкс мТл 0,01 0,02 0,03 0,05 0,1 0,13 0,22 0,27 0,32

Втеор мТл 0,02 0,03 0,04 0,06 0,1 0,16 0,23 0,31 0,36

z см

Bэкс мТл 0,28 0,23 0,15 0,11 0,07 0,05 0,04 0,03

Втеор мТл 0,31 0,23 0,16 0,1 0,06 0,04 0,03 0,02

Табл. 2. Измерение магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней.

I A 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5

Bэкс мТл 0,04 0,06 0,08 0,11 0,16 0,19 0,23 0,25 0,26 0,31

Втеор мТл 0,04 0,07 0,1 0,14 0,18 0,21 0,26 0,29 0,32 0,36

Табл.3. Зависимость магнитной индукции на оси соленоида от расстояния до его центра.

z см -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Bэкс мТл 0,28 1,16 2,09 2,42 2,53 2,6 2,63 2,63 2,64 2,64

Втеор мТл 2,4

Z см

Bэкс мТл 2,65 2,61 2,57 2,55 2,5 2,39 2,12 1,41 0,5 0,19 0,08

Втеор мТл 2,4

Табл. 4. Измерение магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем.

I A 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5

Bэкс мТл 0,28 0,5 0,83 1,09 1,36 1,71 1,96 2,25 2,45

Втеор мТл 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7

L мкГн 24*10^-3

Табл. 5. Измерение магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником от силы тока в нем.

I A 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5

Bэкс мТл 0,03 0,05 0,07 0,08 0,1 0,13 0,16 0,17 0,18 0,2

Втеор мТл 0,01 0,03 0,05 0,07 0,08 0,1 0,11 0,13 0,15 0,17

r₀ мм

Табл.6. Исходные данные

N_к R N_c d l L

см мм мм мГн

3,5

Примеры расчетов:

Магнитная индукция короткой катушки:

Магнитная индукция соленоида:

Площадь поперечного сечения проводника:

Кратчайшее расстояние от датчика до проводника с током:

Индуктивность соленоида

Графики теоретической и экспериментальной зависимости:

Зависимость индукции от силы тока

Зависимость индукции от расстояния до

Зависимость индукции от силы тока в солиноиде

Зависимость магнитной индукции на оси соленоида от расстояния до его центра

Зависимость индукции проводника от силы тока в нём

Расчёт погрешности

= =0.04мТл

Вывод: В ходе проделанной работы были определены экспериментальные и теоретические значения магнитной индукции короткой катушки, соленоида и прямолинейного проводника. Отклонения экспериментального результата от теоретического очень малы, следовательно, закон Био-Савара-Лапласа экспериментально подтверждается.

Окончательный результат:

(|0,36-0,31|/0,31)*100%=16,1%

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: