- •Лабораторная работа № 9
- •Теоретическое введение
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9
- •Теоретическое введение
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 9
- •Теоретическое введение
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 9
- •Теоретическое введение
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Введение
Теория метода и описание установки
Рис.3. Лабораторный комплекс ЛКЭ – 1.
Магнитное поле соленоида измеряется индукционным методом с помощью лабораторного комплекса ЛКЭ-1 (рис.3), где 1 - генератор сигналов функциональный ГСФ-1; 2 - вольтметра (V1, V2); 3 - магазин сопротивлений (датчиков тока); 4 - датчик эталонный на рейтере; 5 – длинный соленоид (два соленоида, соединенные последовательно).
Схема опытов по регистрации магнитного поля данным методом приведена на рис.4. На этом рисунке L1 – контур, создающий магнитное поле.
В данной работе в качестве L1 используются два соленоида, соединенные последовательно (поз. 5 на рис. 3). R1=1Ом - датчик тока (поз.3 на рис.3).
Д ля измерения магнитного поля используется L2 - индукционный эталонный (с заранее известными параметрами) датчик магнитного поля (поз.4 на рис.3).Индукционный датчик (рис.6) - это катушка 1 из витков диаметром 20 мм (площадь витка- =3,14 см ), закрепленная на кронштейне 2, установленном на рейтере 3, который может перемещаться по рельсу 4. Под рельсом закреплена линейка 6, по которой отсчитывается координата метки, нанесенной на рейтере. Катушка может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Угол поворота отсчитывается по шкале 5. Датчик регистрирует составляющую магнитного поля, параллельную оси катушки.
Если индукция магнитного поля, создаваемого соленоидом, зависит от времени, то в индукционном датчике, помещенном в это поле, возникает э.д.с., электромагнитной индукции:
, (4)
которая и измеряется для определения магнитного поля соленоида. В формуле (4) - поток магнитной индукции через площадь поперечного сечения датчика, - угол между вектором и нормалью к площадке .
ток
Рис.6. Генератор сигналов функциональный ГСФ–1.
Сигналы с датчиков поступают на два вольтметра (V1, V2). Измерения проводятся на частоте 100-500 Гц при синусоидальном токе в контуре L1 с размахом = 0,1 - 0,6 А. Для получения заданной формы тока генератор ГСФ – 1 работает в режиме генератора тока (кнопки S4 и S6 нажаты, см. рис.6).
Если измерения в опытах проводятся на синусоидальном сигнале ( ), то в этом случае в качестве источника сигнала годится как генератор тока, так и генератор напряжения, практически - любой достаточно мощный генератор гармонических сигналов.
Экспериментальное значение амплитуды магнитной индукции в эталонном датчике при измерениях на синусоидальном сигнале в том случае, когда :
, (5)
где - эффективное напряжение на эталонном датчике, - частота колебаний, - число витков в эталонном датчике, =3,14 см - площадь витка.
Расчетное значение индукции магнитного поля внутри длинного соленоида при измерениях на синусоидальном сигнале:
, (6)
где 160 мм - длина одного соленоида; - число витков в одном соленоиде; - амплитудное значение тока в резисторе ; - амплитудное значение напряжения на резисторе (датчике тока), - напряжение на датчике тока.
Порядок выполнения работы
1. Соберите схему для регистрации магнитного поля согласно рис.4 . В качестве L1 возьмите два соленоида, соединенные последовательно.
2. Проверьте режим работы генератора (изложен в инструкции на рабочем месте). Для получения тока заданной формы генератор ГСФ-1 работает в режиме генератора тока (кнопки S4, S6 нажаты, см. рис.6).
3. Перед включением приборов на генераторе должны быть нажаты кнопки установки множителя частоты и ( отпущена), ручка плавной регулировки частоты и ручка регулировки выходного сигнала должны быть в крайнем левом положении.
4. Включите приборы.
5. Измерения производите на частоте 100-500 Гц при синусоидальном токе в контуре L1 с размахом 0,1 - 0,6 А. На генераторе (см. рис. 6) нажатие кнопки управления формой основного сигнала S4 дает пилообразный сигнал ( отпущена – сигнал синусоидальный), ручкой R1 задается необходимая частота, ручкой R2 задается необходимое значение (значения последних указывает преподаватель).
6. Установите с помощью вольтметр V1 и ручки R2 необходимую величину сигнала , поступающего с датчика тока на вольтметр V1.
7. По формуле (6) рассчитайте амплитуду магнитной индукции внутри соленоида.
8. Установите ось датчика параллельно оси соленоида ( = 0 ).
9. Установите метку датчика на отметке = 49 см.
10. Измерьте с помощью вольтметра V2 сигнал , поступающий с эталонного датчика на вольтметр V2 .
11. Устанавливая метку датчика на указанные преподавателем координаты, определитe соответствующие значения .
12. На основе пунктов 9 – 11 найдите величину амплитуды магнитной индукции в эталонном датчике, используя формулу (5). .
13. Результаты измерений пунктов 6 – 12 занесите в табл. 1.
Таблица 1
Гц; мс; = мВ. Расчетное знач. мТл. |
|||||||
№ опыта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
см |
|
|
|
|
|
|
|
, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
, мТл |
|
|
|
|
|
|
|
14. Проанализируйте полученные согласно формуле (5) экспериментальные значения и полученное согласно формуле (6) расчетное значение .
15. На основе данных табл.1 постройте график зависимости .
16. Оцените погрешности результатов.