Описание метода и экспериментальной установки

Электрическая схема представлена на рис. 7.1

Рис.7.1

Резистор R₀ взять номиналом 1 Ом (он находится в верхнем левом углу блока «Поле в веществе»). В качестве L1 используем два соленоида, соединённые последовательно (радиус обмотки соленоида r₀ = 26 мм), которые будут создавать магнитное поле. Вихревое электрическое поле определим с помощью плоского многоконтурного датчика – L2, размещённого в зазоре между соленоидами. Соленоид L1 и многоконтурный датчик L2 находятся в правой части основания установки у ее задней стенки.

Напряжённость поля в каждом контуре равна возникающей в ней ЭДС электромагнитной индукции, делённой на полную длину обмотки контура:

,

где r – радиус контура, n = 50 – число витков каждого контура, если магнитное поле в соленоиде однородно, а за его пределами пренебрежимо мало, то напряжённость электрического вихревого поля внутри соленоида пропорциональна расстоянию от его оси, а за его пределами убывает обратно пропорционально этому расстоянию. Докажите это!

Порядок выполнения работы

1. Изучить электрическую схему и ознакомиться с методом измерения.

2. Собрать предложенную электрическую схему, используя для измерения размахов напряжения U₁ и U₂ осциллограф C1-131/1, с двумя каналами Y1 и Y2.

3. Между последовательно соединёнными соленоидами поместить многоконтурный датчик.

Примечание: выводы десяти контуров датчика и значения их радиусов имеют следующую нумерацию и значения:

0-1 – r = 6 мм; 1-2  r = 11 мм; 2-3 – r = 16 мм; 3-4 – r = 21 мм; 4-5 – r = 26 мм; 5-6 – r = 31 мм; 6-7 – r = 41 мм; 7-8 – r = 51 мм; 8-9 – r = 61 мм; 9-10 – r = 71 мм;

4. Подготовить генератор ГСФ-2 к работе, для этого его кнопки и тумблеры поставить в следующие положения:

• «ген / внеш » – « ген »;

• форма сигнала - «  » (синусоидальная);

• « 0 »  «»;

• « 20В/1А » – « 20В »;

• «Амплитуда» – « в положении ноль».

5. Собранную схему представить на проверку преподавателю или лаборанту.

6. Включить приборы в сеть 220В и привести их в рабочее состояние кнопками ”POWER” - у осциллографа и «Сеть» - у генератора.

7. Установить, используя тумблеры «Множители», частоту гармонического сигнала генератора  = 180 Гц.

8. Включить канал Y1 осциллографа, канал Y2 выключить.

9. Ручкой «Амплитуда» генератора довести размах напряжения на осциллографе U₁ = 300 мВ (при установке цены деления на канале Y1 50мВ/дел размах сигнала должен занимать 6 полных делений на экране осциллографа).

10. Включить канал Y2 осциллографа, при этом на экране появится еще одна синусоида, после чего следует отключить канал Y1, чтобы исходный сигнал не мешал наблюдению измеряемого сигнала.

11. Измерить размахи напряжения U₂ по всем контурам датчика, записав их значения в таблицу 7.1.

12. Рассчитать действующее значение напряжённости электрического поля по формуле:

Примечание: при вычислениях следует размах напряжения брать в милливольтах, а радиус обмотки контура в метрах, чтобы получить значение напряженности поля в мВ/м.

13. Результаты измерений представить в виде:

Таблица 7.1  = 180 Гц; U₁ = 300 мВ;

r, мм	6	11	16	21	26	31	41	51	61	71
U2, мВ
Е, мВ/м

14. Построить график зависимости E = E (r) .

15. Сделать вывод по полученным значениям напряженности электрического поля.

16. Ответить на следующие контрольные вопросы:

• Закон электромагнитной индукции (две формулировки). Правило Ленца.

• Вывод единиц измерения магнитного потока.

• Какова природа ЭДС электромагнитной индукции при движении контура в постоянном магнитном поле?

• Какое поле называется вихревым?

• В чём заключается гипотеза Максвелла?