Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Физика»

Т.Н. Шабалина

Изучение магнитного поля соленоида

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

Хабаровск

Издательство ДВГУПС

2008

УДК 537.811 (075.8)

ББК В 334.2 я73

Ш 122

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения

В.В. Криштоп

Шабалина, Т.Н.

Ш 122 Изучение магнитного поля соленоида : метод. указания по выполнению лабораторной работы / Т.Н. Шабалина. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. – 16 с.: ил.

Методические указания выполнены в соответствии с профессиональной образовательной программой.

Цель указаний помочь студенту в выполнении лабораторной работы по курсу «Электродинамика».

Рассматриваются основные закономерности, характеризующие магнитное поле. Приводятся формулы, позволяющие найти магнитную индукцию магнитного поля различных токов.

Предназначены для студентов 1-го курса всех инженерно-технических специальностей и форм обучения, изучающих дисциплину «Физика».

Методические указания разработаны в рамках инновационно-образо­ва­тельной программы «Инновационный научно-образовательный комплекс на Дальнем Востоке России».

УДК 537.811 (075.8)

ББК В 334.2 я73

© ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения (ДВГУПС), 2008

Введение

В настоящей лабораторной работе «Изучение магнитного поля соленоида» рассматриваются основные закономерности магнитного поля тока соленоида. Дается практическое применение эффекта Холла. Приводится вывод формулы для нахождения магнитной индукции поля соленоида по датчику Холла.

В результате выполнения и защиты лабораторной работы студент должен:

– уметь рисовать линии напряженности и магнитной индукции поля соленоида, прямого и кругового токов;

– понимать в чем заключается эффект Холла;

– осмысленно понимать все физические величины, характеризующие магнитное поле и знать действие магнитного поля на движущиеся в нем заряды и токи.

Лабораторная работа выполняется в течение двух часов непосредственно в лаборатории физики. В работе предусмотрены задания по учебно-исследовательской работе (УИРС).

Лабораторная работа изучение магнитного поля соленоида

Цель работы: исследование магнитного поля соленоида методом датчика Холла.

Приборы и принадлежности: установка с соленоидом и датчиком Холла, цифровой вольтметр.

1. ТеорЕтичесКая часть

1.1. Магнитное поле и его характеристики

В пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (это явление впервые обнаружено датским физиком Х. Эрстедом (1777–1851 гг.)).

Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Опыт показывает, что характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный ток.

Если в данную точку магнитного поля помещать рамки с различными магнитными моментами, то на них действуют различные вращающие моменты, однако отношение (– максимальный вращающий момент) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемоймагнитной индукцией

, (1.1)

где – вектор магнитного момента рамки с током (– вектор магнитной индукции, количественная характеристика магнитного поля).

Для плоского контура с током

, (1.2)

где – площадь поверхности контура (рамки),– единичный вектор нормали к поверхности рамки. Направлениесовпадает, таким образом, с направлением положительной нормали, которое определятся по правилу буравчика: если движение рукоятки буравчика совместить с направлением тока в рамке, то поступательное движение буравчика укажет на направление.

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля.

Так как магнитное поле является силовым, то его по аналогии с электрическим изображают с помощью линий магнитной индукции – линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора . Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, рукоятка вращается в направлении линий магнитной индукции.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Этим они отличаются от линий напряженности электростатического поля, которые являются не замкнутыми (начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных).