- •Краткое теоретическое содержание:
- •Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
- •Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы.
- •Электрическая схема.
- •Расчётные формулы.
- •Формулы погрешностей косвенных измерений.
- •1)Для проводника с током
- •2)Для короткой катушки
- •3)Для соленойда
- •Вычисления.
- •Окончательный результат.
Цель работы.
Измерение магнитных полей, создаваемых проводниками различных конфигураций. Экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа
Краткое теоретическое содержание:
Явление, изучаемое в работе.
Появление магнитного поля вокруг проводника с током.
Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
магнитное поле – поле через которое осуществляется взаимодействие электрических токов .
индукция магнитного поля – силовая характеристика магнитного
индуктивность – коэффициент пропорциональности межу потоком ,создваемого током,и его величиной
Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы.
Закон Био-Савара-Лапласа,
Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции:
Пояснения к физическим величинам.
I – сила тока в проводнике , dl – вектор, имеющий длину элементарного отрезка проводника и направленный по направлению тока, r – радиус вектор, R – радиус короткой катушки, z – расстояние от датчика до центра короткой катушки, n – число проводников с токами, охватываемых контуром, – алгебраическая сумма токов, охватываемых контуром L произвольной формы, – элемент контура L
Электрическая схема.
Исследуемый проводник
А
Рис. 5 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.
Расчётные формулы.
1)для проводника с током
,
2) для короткой катушки
3)для соленойда
где 0 – магнитная постоянная, – магнитная проницаемость среды (для воздуха = 1)
4) индуктивность соленойда
Формулы погрешностей косвенных измерений.
1)Для проводника с током
2)Для короткой катушки
3)Для соленойда
Пояснения к физическим величинам.
В – идукция, I – сила тока в проводнике R – радиус короткой катушки, z – расстояние от датчика до центра короткой катушки, n – число проводников с токами, охватываемых контуром, ,. Nк – число витков короткой катушки, Nс – число витков соленоида, l – его длина, L – его индуктивность (указано на соленоиде), d – его диаметр.
[I]-А
[r]-м
[L]-Ф
[l]-м
[d]-м
[B]-Тл
Таблицы с результатами измерений и вычислений.
Таблица 1 Зависимость магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния до центра катушки
z |
см |
-8 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Bэксп |
мТл |
0,01 |
0,03 |
0,05 |
0,06 |
0,09 |
0,13 |
0,2 |
0,28 |
0,31 |
0,3 |
0,26 |
0,17 |
0,11 |
0,08 |
0,06 |
0,03 |
0,01 |
Bтеор |
мТл |
0,023 |
0,032 |
0,046 |
0,067 |
0,102 |
0,156 |
0,233 |
0,317 |
0,35 |
0,317 |
0,233 |
0,156 |
0,102 |
0,067 |
0,046 |
0,032 |
0,023 |
Таблица 2 Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней
I |
A |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
Bэксп |
мТл |
0,02 |
0,06 |
0,1 |
0,13 |
0,15 |
0,18 |
0,22 |
0,25 |
0,28 |
0,31 |
0,35 |
Bтеор |
мТл |
0 |
0,04 |
0,72 |
0,108 |
0,144 |
0,18 |
0,216 |
0,25 |
0,29 |
0,32 |
0,35 |
Таблица 3 Зависимость магнитной индукции на оси соленоида от расстояния до его центра.
z |
см |
-10 |
-9 |
-8 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Bэксп |
мТл |
0,42 |
1,08 |
2,06 |
2,51 |
2,67 |
2,73 |
2,76 |
2,78 |
- |
- |
- |
- |
- |
2,78 |
2,76 |
2,73 |
2,65 |
2,54 |
2,05 |
1,09 |
0,38 |
Bтеор |
мТл |
0,53 |
1,18 |
2,95 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2,95 |
2,95 |
2,95 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2,95 |
1,18 |
0,53 |
Таблица 4 Зависимость магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем
I |
A |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
Bэксп |
мТл |
0,21 |
0,42 |
0,64 |
0,92 |
1,2 |
1,49 |
1,75 |
2,03 |
2,3 |
2,55 |
2,8 |
Bтеор |
мТл |
0 |
0,29 |
0,59 |
0,89 |
1,14 |
1,45 |
1,77 |
2,06 |
2,3 |
2,66 |
2,95 |
L |
мкГн |
0 |
2,31 |
4,7 |
7,1 |
9,07 |
11,52 |
14,07 |
16,33 |
18,28 |
21,13 |
23,47 |
Таблица 5 Зависимость магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником, от силы тока в нем
I |
A |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
Bэксп |
мТл |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,10 |
0,12 |
0,13 |
Bтеор |
мТл |
0 |
0,013 |
0,025 |
0,37 |
0,05 |
0,062 |
0,075 |
0,087 |
0,10 |
0,11 |
0,125 |
r0 |
мм |
8 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
8 |
Таблица 6 Параметры исследуемых образцов
Nк |
R |
Nс |
d |
L |
L |
|
см |
|
м |
м |
Гн |
4 |
3,5 |
75 |
26 10-3 |
16 10-2 |
24 |
Пример вычисления (опыт №5.):
Исходные данные.