Хід виконання лабораторної роботи

1.Експериментальна установка представлена на фото. Вона має 3- лінійку з вимірювальною котушкою, 2- соленоїд, 4 - кнопка замикання, 5 - джерело живлення, 6 - амперметр, 7- балістичний гальванометр.

Ознайомившись з експериментальною установкою і підключивши вимірювальну котушку К до балістичного гальванометра, приступити до виконання роботи.

Установити на панелі джерела певну силу струму І соленоїда. Перший вимір проводити для точки поля з координатою х=0, тобто в центрі соленоїда.

Вимірити величину кута відхилення стрілки балістичного гальванометра при замиканні та розмиканні кола струму кнопкою 4. Знайти середнє значення кута і занести до Таблиці.

Надалі провести вимірювання в точках праворуч та ліворуч центра соленоїда О, що відстоять одна від другої на 2 см в межах довжини соленоїда. Результати вимірювання і величини параметрів установки, що представленні на стенді L, S₂, N_2, R₂, C_q занести до Таблиці.

М етодика обробки результатів вимірів

1. За формулою (6) і даними Таблиці для розрахуйте експериментальне значення і занесіть їх до Таблиці.

2. За формулами (1-2) розрахуйте теоретичне значення і занесіть їх до Таблиці.

3. Для порівняння одержаних результатів побудуйте графік залежності і від координати Х.

4. Зробіть висновки.

5. Приклад використання Мсad для знаходження величин і наведений в методичному посібнику 2.

Контрольні питання

1. Записати та розтлумачити зміст закону Біо-Савара-Лапласа.

2. Сформулювати і вивести закон «повного струму».

3. Вивести вираз для розрахунку напруженості магнітного поля короткого соленоїда?

4. Що називається магнітним потоком?

5. Записати та дати тлумачення закону електромагнітної індукції Фарадея.

Вивести із нього формулу (6).

6. Опишіть метод експериментального виміру напруженості магнітного поля за допомогою балістичного гальванометра.

Література

1. Клименко В.М., Клименко А.П. Буквар курсу загальної фізики. Частина 1.

2.Опрацювання результатів вимірювання при виконанні лабораторних робіт фізичного практикума з використанням математичної системи Mcad. (Методичні вказівки до лабораторного практикуму для студентів усіх спеціальностей) . А.О.Потапов, А.І.Мотіна. - К.: КНУТД, 2004.- 112 с.

Лабораторна робота № 35

ВИзначення ІНДУКТИВНОСТІ КОРОТКОГО

СОЛЕНОЇДА

Мета роботи

• дослідити явище електромагнітної індукції і самоіндукції;

• виміряти величину індуктивності короткого соленоїда .

Прилади та обладнання

• короткий соленоїд,

• вимірювальна котушка,

• балістичний гальванометр,

• міліамперметр,

• блок живлення .

Коротка теорія: Дослідним шляхом М.Фарадей встановив, що в замкнутому електричному колі, яке пронизане зміннім магнітним потоком ΔΦ/Δt , виникає електрорушійна сила ε, тобто змінне магнітне поле породжує електричне поле , яке в провідному контурі приводить до появи індукованого електричного струму, напрямок якого буде такий, що створений ним індукований магнітний потік , буде спрямований проти основного магнітного потоку (правило Ленца). Це явище отримало назву – електромагнітна індукція, а формулювання відповідних закономірностей – закон електромагнітної індукції

у формулюванні М.Фарадея: (31.1)

або як одне з рівнянь в системі рівнянь Максвела: . (35.2)

Останнє рівняння підкреслює той факт, що причиною виникнення ЕРС електромагнітної індукції може бути не тільки зміна в часі величини індукції магнітного поля , але і зміна величини тієї поверхні , яку пронизує це поле. Тобто, переміщення провідника в незмінному магнітному полі також породжує ЕРС електромагнітної індукції .

Якщо по провіднику протікає змінний струм ΔІ/Δt, то він створює в навколишньому просторі магнітний потік ΔΦ/Δt, який пронизує власне і сам провідник, індуктуючи в ньому електрорушійну силу, що отримала назву «ЕРС самоіндукції». В цьому випадку закон електромагнітної індукції набуде такої форми

(35.3)

Де L – параметр провідника, по якому пробігає струм, що має назву «індуктивність» провідника.

Таким чином, якщо виміряти силу струму І в провіднику і створену ним величину магнітного потоку Ф, або індукції магнітного поля В, то можна визначити величину індуктивності провідника L.

Щоб експериментально визначити індуктивність соленоїда – баготовиткової котушки, використаємо установку, схема якої показана на Мал.35.1.

При відсутності феромагнетика (μ1) всередині короткого соленоїда, магнітний потік, який пронизує його витки, прямо пропорційний силі струму, що протікає у його обмотці , де L - індуктивність соленоїда (див.Мал.35.1.)

Таким чином, індуктивність соленоїда можна розрахувати як відношення магнітного потоку Ф до струму І у його обмотці:

(35.4) Зрозуміло, що напруженість магнітного поля Н вздовж осі соленоїда не є величиною постійною, тому розрахунок сумарного магнітного потоку, що пронизує його витки, виконаємо в такий спосіб: розглянемо нескінченно малу ділянку соленоїда dx, вздовж якого напруженість магнітного поля можна вважати постійною. Магнітний потік ΔΦ, що пронизує dN₁ витків першої котушки площею перерізу S₁, розташованих на ділянці dx, дорівнює . _{Очевидно, що при рівномірній намотці витків , то значить} .

Повний магнітний потік через соленоїд довжиною l буде дорівнювати сумі елементарних потоків і може бути визначений інтегруванням (початок координат вибраний у центрі соленоїда)

. (35.5)

Вимірювальна котушка 2 намотана щільно поверх котушки 1 тому матиме таку саме довжину і, практично, таку саме площу перерізу S₁  S₂ . Очевидно, що вимірювальну котушку 2 буде пронизувати той самий магнітний потік соленоїда Ф.

При замиканні ключа за час Δt струм через соленоїд досягне значення І, а магнітний потік досягне величини Ф (35.4.), і на клемах вимірювальної котушки 2 з числом витків dN₂ виникне ЕРС індукції . в колі вимірювальної котушки з опором R₂ ЕРС індукції створить індукційний струм і кількість електрики q, що протікатиме через балістичний гальванометр, врахувавши (35.5.), можна буде визначити таким чином

(35.6)

Якщо чутливість гальванометра дорівнює С_q , а кут відхилення стрілки α, то ; остаточно одержимо вираз для магнітного потоку соленоїда:

(35.7.)

Врахувавши (35.4) - (35.7.) отримаємо розрахункову формулу для визначення індуктивності соленоїда

. (35.8.)