- •"Изучение магниного поля соленоида"
- •Изучение магнитного поля соленоида
- •2. Указания по подготовке к работе:
- •3. Основные теоретические положения.
- •4. Описание экспериментальной установки
- •5. Метод измерения
- •6. Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений
- •7. Указания по оформлению отчета
- •8. Контрольные вопросы
- •Вопросы для самостоятельной работы с элементами научного исследования
- •Литература
4. Описание экспериментальной установки
В работе измеряется индукция магнитного поля на оси соленоида в разных точках баллистическим методом. Схема установки приведена на рис.5. Измерительная обмотка L1, изготовленная в виде катушки небольших размеров, витки которой располагаются нормально к магнитному полю внутри соленоида L, соединяется с баллистическим гальванометром Г. Размеры измерительной катушки пренебрежимо малы по сравнению с размерами соленоида. Следовательно, поле, пронизывающее витки измерительной катушки, можно считать однородным.
|
|
Рис. 5. Принципиальная схема установки (Г - баллистический гальванометр,L - соленоид, L1 - измерительная катушка, К1 , К2 , К3 - ключи, А - амперметр, R - реостат, Е - источник напряжения.) |
|
5. Метод измерения
При замыкании ключа К3 внутри соленоида ( L ) возникает магнитное поле. С нарастанием индукции магнитного поля соленоида увеличивается магнитный поток Ф (, где S – площадь поперечного сечения измерительной катушки, - величина магнитной индукции внутри соленоида, - нормаль к сечению катушки), пронизывающий катушку L1 , в измерительной цепи возникает кратковременный индукционный ток, и рамка гальванометра поворачивается на определенный угол. Угол поворота зависит от количества электричества индукционного тока, прошедшего в цепи гальванометра. Появление индукционного тока связано с возникновением в измерительной катушке электродвижущей силы (э.д.с.). Причиной появления э.д.с. электромагнитной индукции является изменение магнитного потока, пронизывающего витки катушки L1.
По закону электромагнитной индукции э.д.с. электромагнитной индукции пропорциональна быстроте изменения магнитного потоки.
= -, |
(5.1) |
где Ф - магнитный поток, t - время, N - число витков измерительной катушки. Ток в измерительной катушке по закону Ома определяется выражением
|
(5.2) |
где R - полное сопротивление цепи (сумма сопротивлений катушки, гальванометра и подводящих проводов). Согласно определению силы тока
, |
(5.3) |
где - количество электричества. Исходя из этого, имеем
, |
|
или подставляя значение э.д.с. из (5.1) получаем
. |
(5.4) |
Магнитный поток связан с индукцией магнитного поля (В) соотношением
, |
(5.5) |
где S - площадь одного витка измерительной катушки, - вектор нормали, восстановленный к плоскости витка.
Так как , то .
Тогда изменение потока
. |
|
Подставляя это в уравнение (5.4) получаем
. |
|
Интегрируя это выражение от “0” до “B” получаем
. |
(5.6) |
Угол поворота рамки гальванометра или отклонение “зайчика” на шкале пропорционально количеству электричества , прошедшего через измерительную цепь, т.е.
. |
(5.7) |
где С - постоянная гальванометра по количеству электричества, - отклонения “зайчика” по шкале.
Учитывая это, записываем окончательное выражение для определения величины магнитной индукции
. |
(5.8) |