II. Порядок выполнения работы
1. Выключатели Bк1 и Вк2 поставьте в положение "выключено"; полностью выведите автотрансформатор; движок реостата установите примерно в среднем положении.
2. Включите автотрансформатор в сеть. Выключателем ВK1 замкните цепь соленоида Kj, поставив его в положение "включено". Медленно поворачивая рукоятку автотрансформатора, установите в соленоиде ток Iэ силой I А.
3. Продвиньте шток с пробной катушкой внутрь соленоида до упора; при таком положении штока катушка находится у края соленоида, а против указателя на панели установки должна находиться отметка "I см" на шкале штока.
4. Подключите клеммы 7 и 8 к вертикальному входу осциллографа. Осциллограф включите в сеть, ручку "У" поставьте в крайнее правое положение - при этом сигнал будет максимально усилен. Переключатель диапазона частот поставьте в положение "8". Через 1-2 минуты на экране осциллографа появится яркая полоса, ширина которой 2a равна удвоенной амплитуде сигнала, т.е. пропорциональна ЭДС индукции.
5.Перемещайте шток вдоль оси соленоида, вначале с шагом 0,5 см (четыре измерения), затем с шагом 4 см, пока пробная катушка не пересечет середину соленоида. Измеряйте каждый раз удвоенную амплитуду сигнала, данные записывайте в табл. 2.
6. Поместите пробную катушку точно в середине соленоида (у=0,5).
Для этого зафиксируйте шток в таком положении, чтобы соответствующая отметка на его шкале оказалась_против указателя на панели установки. Измерьте в этом положении пробной катушки величину сигнала 2a (0,5), запишите данные в табл.2.
7. (Выполняется по указанию преподавателя). Не меняя положения катушки, установите с помощью реостата ток Iэ в обмотке соленоида силой 1,5 А, а затем 2 А. Измерьте в обоих случаях величину 2a. Данные измерений, в том числе и для тока силой 1А, занесите в табл. 3.
8. Выведите полностью автотрансформатор, движок реостата установите приблизительно в среднем положении. Выключателем Вк1 разомкните цепь соленоида K1, а выключателем Вк2 замкните цепь соленоида K2. Отключите от осциллографа клеммы 7 и 8 и подключите к нему клеммы 9 и 10. Установите с помощью автотрансформатора ток Iэ в соленоиде K2 силой ~ 2А.
9. С соленоидом K2 выполите все операции и измерения, которые проводились с соленоидом Kj, кроме указанных в п.7. Шаг перемещения штока возьмите равным 0,5 и I см. Данные измерений запишите в табл. 4.
10. После окончания измерений выведите полностью автотрансформатор и выключите его из сети. Клеммы 9 и 10 отключите от осциллографа и выключите последний.
11. Измерьте длину L соленоида K1, результат запишите в табл.3.
III. Обработка опытных данных
1. Рассчитайте значения относительно координаты "у" положения пробных катушек в случае соленоидов К1 и К2, полученные при измерениях; занесите их в табл. 2 и 4.
Таблица 2
Х см |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
У |
1 |
1 |
0,16 |
0,24 |
0,32 |
0,4 |
0,56 |
0,64 |
0,72 |
0,72 |
0,8 |
0,88 |
2a,мм |
1 |
2 |
4 |
6,8 |
8,2 |
8,6 |
9 |
9 |
9,2 |
9,4 |
9,4 |
9,4 |
γ(у) |
1 |
1 |
0,008 |
0,075 |
0,001 |
0,01 |
0,0175 |
0,02 |
0,002 |
0,225 |
0,025 |
0,0275 |
Х см |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
У |
0,96 |
1,12 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
0,72 |
0,73 |
0,74 |
0,71 |
2a,мм |
9,4 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
9,4 |
9,4 |
9,4 |
9,4 |
γ(у) |
0,03 |
0,035 |
0,375 |
0,375 |
0,003 |
0,375 |
0,025 |
|
0,0225 |
0,01 |
0,03 |
0,0025 |
2. Для каждого измерения определите значение функции γ (у). Согласно (9), γ (у) = 2а (у)/2 u (0.5) Результаты расчетов для соленоидов Kj и К2 запишите соответственно в таблицы 2 и 4.
3. Рассчитайте параметр Ј для первого соленоида, запишите его величину в табл. 3. Радиус соленоида указан на установке.
4. Постройте по данным табл.1 графики теоретической зависимости γ(у) для обоих соленоидов. В тех же координатных осях нанесите экспериментальные точки для функций γ(у), взяв их из таблиц 2 и 4. Сопоставьте теоретические кривые с данными эксперимента.
5. (Производится, если выполнены измерения согласно п.7 раздела "Порядок выполнения работы"). Определите в вольтах значения амплитуды ЭДС индукции при положении пробной катушки в середине соленоида, εо (0,5), принимая во внимание, что εо (0,5) пропорциональна а(0,5). Данные калибровки приведены на установке. Рассчитайте по формуле (10) величину параметра SN пробной катушки при трех значениях тока соленоида и определите его среднее значение <SN>. Число витков на единицу длины соленоида, n , указано на установке. Результаты расчетов запишите в табл. 3.
Таблица3
№ |
Iэ А |
2а(0,5),мм |
Ε0(0,5),В |
L см |
2 R см |
Ј1 |
n м -1 |
SN м2 |
1 |
1 |
32 |
0,5 |
12,5 |
3,3 |
0,264 |
3 |
2792,58 |
2 |
1 |
33,2 |
0,5 |
60,5 |
16 |
0.264 |
7 |
1196,82 |
Таблица 4
Х, см |
0 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4 |
5 |
6 |
У |
0,16 |
0,03 |
0,05 |
0,06 |
0,1 |
0.166 |
0,133 |
2а, мм |
0,1 |
0,4 |
1.2 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,6 |
γ (у) |
0 |
0,009 |
0,015 |
0,009 |
0,019 |
0,025 |
0,003 |
Х, см |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
У |
0,15 |
0,605 |
0,83 |
0,1 |
0,183 |
0,2 |
2а, мм |
2,8 |
2.8 |
3 |
3 |
2,5 |
2,3 |
γ (у) |
0,0035 |
0,4 |
0,0045 |
0,188 |
0.0015 |
0,006 |
6. Погрешность определения экспериментальных значений функции γ(у) на участках соленоида, удаленных от его краев, рассчитайте по формуле
∆γ/γ=2∆а/а(0,5)+2∆х/L
Величину погрешности ∆а примите равной 0,5 мм, а погрешности ∆х - 0,5 см. У краев соленоида относительная погрешность измерения функции У(у) будет больше. Погрешность (II) выразите в процентах, результат занесите в табл. 2 и 4.
Погрешность определения параметра пробной катушки SN рассчитайте по формуле
∆(SN)/<SN>=∆ε0(0,5)/ε0(0,5)+∆Iэ/Iэ=∆а/а(0,5)+ ∆Iэ/Iэ (12).
Погрешность измерения силы тока ∆Iэ определяется классом точности применяемого в работе амперметра; величину погрешности, ∆а примите равной 0,5 мм. Относительную погрешность (12) выразите в процентах, результат запишите в табл. 3.