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 - осцил­лограф тип С1-131/1; 3 - магазин сопротив­лений ( датчиков тока ); 4 - датчик эталонный на рейтере; 5 – длинный соленоид ( два соленоида, соединенные последовательно).

С хема 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).

Для измерения магнитного поля используется L2 - индукционный эталонный (с заранее известными параметрами) датчик магнитного поля (поз.4 на рис.3).Индукционный датчик (рис.5) - 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 .

Рис.6. Генератор сигналов функциональный ГСФ–1.

Сигналы с датчиков поступают на два входа осциллографа. Измерения проводятся на частоте 100-500 Гц при пилообраз­ном 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).

П римерная форма кривых на экране осциллографа приведена на рис.7. Эта форма соответствует закону электромагнитной индук­ции (4): э.д.с. индукции пропор­циональна производной магнитного потока по времени.

Экспериментальное значение амплитуды магнитной индукции в эталонном датчике при измерениях на прямоугольном сигнале в случае, когда (датчик расположен по отношению к так, как показано на рис.5):

, (5)

где - размах напряжения на эталонном датчике (рис.7), - частота колебаний, - число витков в эталонном датчике, =3,14 см - площадь витка.

Расчетное значение индукции магнитного поля внутри длинного соленоида:

, (6)

где 160 мм - длина одного соленоида; - число витков в одном соленоиде; - амплитудное значение тока в резисторе ; - амплитудное значение напряжения на резисторе (датчике тока); - размах напряжения на датчике тока ( см. на рис.7).

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 и осциллографа (режим работы приборов изложен в инструкции на рабочем месте). Для получения тока заданной формы генератор ГСФ-1 работает в режиме генератора тока (кнопки S4, S5 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 пилообразном 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 осциллографа и ручки R2 необходимую величину сигнала , посту­пающего с датчика тока на вход осциллографа Y1.

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 осциллографа сигнал , поступающий с эталонного датчика на вход осциллографа Y2.

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.