Описание экспериментальной установки

Магнитометрическая установка (рис. 2), состоит из длинно­го соленоида (1) (длина l = 19,6см, число витков N = 170, диаметр по средней линии проволоки d = 1,8см) с ферромагнитным сердечником и установ­ленной на продолжении (а = 23,5см) оси соленоида магнитной стрелки (компаса) (2).

У становку располагают на столе так, чтобы при размагни­ченном сердечнике стрелка компаса была перпендикулярна оси соленоида.

Если бы в соленоиде не было сердечника, то магнитное по­ле постоянного тока, текущего по обмотке, создало бы в точке пересечения оси соленоида и магнитной стрелки компаса только слабое магнитное поле. Но поскольку внутренний объем соле­ноида заполнен ферромагнетиком, то создается такое поле, что стрелка компаса отклоняется на угол от начального направле­ния север - юг. При этом на стрелку, имеющую магнитный мо­мент будут действовать, уравновешивая друг друга, два меха­нических вращающих момента: 1 ) со стороны земного магнитного поля , где А/м - горизонтальная со­ставляющая напряженности земного поля; 2) со стороны поля, созданного намагниченным сердечником , где — индукция магнитного поля сердечника в исследуемой точке поля. При равновесии , откуда .

Величину выражают через индукцию поля внутри сер­дечника. Соленоид можно представить как магнитный диполь, в котором условные магнитные заряды и отстоят на . В ис­следуемой точке поля эти два заряда создадут общую напряжен­ность (по закону Кулона для "магнитных зарядов"): . Так как расстояние от середины соленоида до исследуемой точки поля, значительно превосходит длину соленоида : , - магнитный момент соленоида с сердечником.

С другой стороны магнитный момент соленоида с сердеч­ником можно представить складывающимся из магнитных мо­ментов отдельных витков и усиленным в раз благодаря нали­чию сердечника: . Тогда , и из условия равновесия стрелки находится индук­ция поля внутри сердечника: . Итак, для поля внутри сердечника , .

На передней панели макета (рис. 3) установлены следующие элементы управления: стрелочный прибор миллиамперметр, потенциометр «СИЛА ТОКА», тумблеры «ПОСТ-ПЕРЕМ» и «ПОЛЯРНОСТЬ».

Миллиамперметр измеряет силу постоянного или переменного тока протекающего через соленоид магнитометрической установки. Потенциометр «СИЛА ТОКА» позволяет регулировать этот ток в пределах от 0 до некоторого максимального значения. Тумблером «ПОСТ-ПЕРЕМ» осуществляется переключение вида тока (постоянный, переменный), протекающего через соленоид, а тумблером «ПОЛЯРНОСТЬ» производится выбор направления протекания постоянного тока.

Проведение измерений и обработка результатов Первый вариант

1. Убрав в сторону сердечник, располагают магнитометриче­скую установку так, чтобы ось соленоида была перпендикулярна плоскости магнитного меридиана, что соответствует положению конца стрелки на нуле шкалы компаса. Поблизости не должно быть железных предметов. Не вставляя сердечник, через соле­ноид пускают постоянный ток и убеждаются в слабости его маг­нитного поля.

2. Вставляют сердечник в соленоид и размагничивают его. Для этого пускают через соленоид переменный ток (тумблер в положении «ПЕРЕМ») и силу его повышают до 3 А, а затем постепенно, вращая ручку потенциометра против часовой стрелки, снижают его до нуля. Во время размагничивания сердечника стрелка не отклоняется от направления север — юг.

3. Когда величина тока минимальна, т.е. равна нулю, переключают тумблер в положение «ПОСТ», обеспечивая протекание через соленоид постоянного тока. Затем, увеличивая ток на небольшие величины, записывают значения силы тока и до предела шкалы амперметра (кривая 0ab на рис. 1 а). Ток можно менять только в сторону возраста­ния: регулировочные уменьшения, даже небольшие, недопусти­мы, все измерения исказятся.

4. Повторно размагничивают сердечник (см. п. 2) и снимают еще раз точ­ки кривой 0ab. Для контроля качества проведенных измерений, строят график зависимости от . Если измеренные точки ложатся на плавную кривую, похожую на линию 0ab, то измерения сделаны удовлетворительно.

5. По расчетным формулам работы вычисляют напряженность (А/м) и индукцию (Тл) магнитного поля в сердечнике и стро­ят кривую намагничивания .

6. Используя формулу , составляют таблицу значений и строят график зависимости .

7. Сравнивают полученный график с тем, который приводится в учебниках.