 |
Исследование магнитного поля прямого тока
|
|
|
|
| Применение формулы (2-а) к задаче нахождения магнитного поля создаваемого прямолинейным проводником длины 2 l, по которому протекает ток I (рис.2), приводит к выражению:
 (3)
|
Точка, в которой измеряется величина В, находится на перпендикуляре к середине провода. На рис.2 вектор 
направлен в плоскость чертежа.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
| Магнитное поле создаётся с помощью вытянутой прямоугольной рамки с током, закреплённой на стене. Параметры рамки выбраны так, чтобы на исследуемом участке максимально ослабить влияние полей всех её сторон кроме нижнего участка длиной 2 l. Рамка питается переменным током частоты ~20 кГц от звукового генератора ЗГ. В схему установки может быть включён амперметр А для измерения тока в рамке. Индукция В магнитного поля измеряется вдоль направления х в плоскости стола, на котором расположена установка. Расстояние х от рамки с током измеряется с |
помощью линейки. Вектор 
перпендикулярен поверхности стола. Переменный синусоидальный ток, протекающий по рамке, создаёт переменное магнитное поле. Величина поля измеряется с помощью переносного проволочного датчика Д, представляющего собой катушку, плоскость витков которой располагается перпендикулярно вектору 
. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, переменное магнитное поле индуцирует в катушке ЭДС индукции:
(4)
Из (4) следует, что индуцируемая ЭДС пропорциональна индукции 
магнитного поля. Величина ЭДС измеряется вольтметром В.
Такая схема регистрации индукции магнитного поля позволяет изучать зависимость 
от х в условных единицах шкалы вольтметра, пропорциональных индукции.
|
|
|
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Включите в сеть звуковой генератор и измерительный вольтметр. Установите на ЗГ частоту ~20 кГц.
2.Поместите датчик Д на расстоянии 1 см от рамки с током. Отрегулируйте выходное напряжение звукового генератора так, чтобы стрелка вольтметра отклонилась на всю шкалу (10 условных делений).
3.Перемещая датчик вдоль направления х, измеряйте показания вольтметра на расстояниях 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 см от рамки. Результаты измерений занесите в таблицу 1.
4.При наличии в схеме установки амперметра, установите датчик на расстоянии х =5 см от рамки и отрегулируйте выходное напряжение ЗГ таким образом, чтобы стрелка вольтметра отклонилась на всю шкалу (10 условных делений). Определите ток I через рамку и запишите его величину в таблицу 2. Регулируя выходное напряжение ЗГ, последовательно уменьшайте ток I через рамку и отмечайте значения тока, при которых индукция 
в данной точке будет соответствовать 9, 8, и т.д. условным делениям шкалы вольтметра. Все данные заносите в таблицу 2.
5.По данным таблицы 1 постройте график зависимости индукции магнитного поля 
в условных единицах делений шкалы вольтметра (ордината) от величины:
(абсцисса)
6.По данным таблицы 2 постройте график зависимости индукции В (в условных единицах) от силы тока I в проводнике:
7.Сделайте заключение о справедливости закона Био-Савара-Лапласа для случая магнитного поля прямого тока.
ТАБЛИЦА 1 ТАБЛИЦА 2
| l = ……см |
| х =5 см | |||
| х, см | В (усл.ед.) | l/[ x ·(x 2+ l 2)1/2] | I,A | В (усл.ед.) | |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №41-Б
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
КРУГОВОГО ТОКА
| В работе исследуется магнитное поле, создаваемое круговым током радиуса R в зависимости от расстояния х до плоскости витка вдоль его оси. Решение уравнения (2) для данного случая приводит к формуле:
 (5)
|
Направление вектора 
определяется по правилу правого винта. В данном случае вектор магнитной индукции направлен вправо от плоскости витка с током.
|
|
|
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
| Магнитное поле создаётся при помощи кругового витка, закреплённого перпендикулярно поверхности стола (рис.5). Круговой ток питается переменным напряжением частоты ~20 кГц от звукового генератора ЗГ. В цепи питания витка может находится амперметр А, измеряющий ток, протекающий по витку. Переменный синусоидальный ток, протекающий по витку, создаёт переменное магнитное поле В. Это поле регистрируется аналогично методике, |
изложенной в работе №31-А, с помощью датчика (катушки) Д, в котором индуцируется ЭДС, пропорциональная величине индукции магнитного поля. Значение ЭДС индукции регистрируется вольтметром В. Плоскость катушки датчика ориентируется параллельно плоскости витка. Расстояние от витка до датчика измеряется по линейке, закреплённой на столе.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Включите в сеть звуковой генератор ЗГ и вольтметр. Установите на ЗГ частоту ~20 кГц.
2. Расположите катушку датчика Д на расстоянии 1 см от плоскости витка. Регулируя выходное напряжение звукового генератора, установите стрелку вольтметра на максимальное отклонение (10 делений шкалы). Отклонение стрелки гальванометра пропорционально величине индукции В магнитного поля в данной точке в условных единицах.
3.Перемещая катушку датчика вдоль оси витка на расстояния от х = 1 см через 1 см до х = 5 см и далее через 5 см до значений х = 30 см, заносите в таблицу 1 величину индукции магнитного поля В в условных единицах (делениях шкалы вольтметра).
4.При наличии в установке амперметра А, расположите датчик Д на расстоянии 5 см от витка с током и, регулируя выходное напряжение ЗГ, установите на вольтметре максимальное отклонение стрелки. Отметьте ток I, протекающий по витку, и запишите его значение в таблицу 2, а также величину индукции В магнитного поля в условных единицах (10 усл.ед.), соответствующее этому току.
5. Регулируя выходное напряжение ЗГ, последовательно уменьшайте ток I через виток и отмечайте значения тока, при которых индукция 
в данной точке будет соответствовать 9, 8, и т.д. условным делениям шкалы вольтметра. Все данные заносите в таблицу 2.
|
|
|
6..По данным таблицы 1 постройте график зависимости индукции магнитного поля 
(ордината) в условных единицах делений шкалы вольтметра от величины:
(абсцисса)
7. По данным таблицы 2 постройте график зависимости индукции В от силы тока в контуре:
8.Сделайте заключение о справедливости закона Био-Савара-Лапласа в случае магнитного поля кругового тока.
ТАБЛИЦА 1 ТАБЛИЦА 2
| R = ……см |
| х =5 см | |||
| х, см | R 2/(R 2+ x 2) 3/2 | В (усл.ед.) | I,A | В (усл.ед.) | |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №42
|
|
|
