Список литературы

1. Калашников, С.Г. Электричество: учеб. / С.Г. Калашников. – М. : Наука, 1982. – 576 c.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. / И.В. Савельев. – М. : Астрель, 2007. – 360 с.

3. Зисман, Г.А. Курс общей физики: учеб. / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. – М. : Наука, 1994. – 382 с.

Результаты измерений и расчеты записать в таблицу

, А
, В
,
, Тл
,

(эти значения записаны на установке)

Вывод

Лабораторная работа №10 эм магнитное поле соленоида

Цель работы: изучить магнитное поле соленоида, питающегося от переменного тока частотой 50 Гц; определить индуктивность соленоида и проанализировать зависимости индукции магнитного поля соленоида от силы тока, от координаты, от числа витков, а также исследовать градиент вектора магнитной индукции.

Приборы и оборудование: катушка, имеющая в одном слое 470 витков (всего 10 слоев); текстолитовая штанга длиной 110 см; маленькая катушка диаметром 12,4 мм и с числом витков 20; лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) мощностью 1,25 кВт с максимальным напряжением 220 В; микровольтметр типа В3-57; вольтметр типа Э544; амперметр типа Э539.

1. Задание.

Подготовьте теоретическое обоснование к лабораторной работе по предложенным вопросам, используя литературу:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики §109- 120 (глава 14 Магнитное поле)

2. Кравченко О.В., Фалеев Д.С. Магнитное поле соленоида, 2014 г.

1. Запишите закон Био-Савара-Лапласа

________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Что называется циркуляцией вектора магнитной индукции магнитного поля.

_______________________________________________________________

3. Сформулируйте теорему о циркуляции вектора магнитной индукции.

________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Запишите закон электромагнитной индукции. Сформулируйте правило Ленца.

________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Какие колебания называются вынужденными. Запишите уравнение вынужденных электрических колебаний.

________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Порядок выполнения работы

Метод работы

Экспериментальная установка состоит из длинного соленоида длиной 420 мм и диаметром первого слоя намотки 26 мм (рис. 1). Для намотки использовался медный эмалированный провод диаметром 0,8 мм. В одном слое было намотано 470 витков такого провода. Зная число витков, и определив длину одного витка, можно легко вычислить полную длину провода первого слоя. Зная поперечное сечение этого провода, а оно составляет приблизительно 0,5 мм², можно вычислить активное сопротивление R этого первого слоя.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки для измерения магнитного поля: 1 – исследуемый соленоид; 2 – текстолитовая штанга длиной 110 см; 3 – выводы с маленькой катушки диаметром 12,4 мм и с числом витков 20, диаметр провода 0,15 мм; 4 – ЛАТР (лабораторный автотрансформатор); 5 – маленькая катушка

Всего на соленоиде намотано 10 слоев и в каждом по 470 витков. Но для расчета длины провода в каждом слое, начиная со второго слоя, необходимо увеличить диаметр намотки на 2 мм (с учетом толщины изоляции). Таким же путем можно вычислить и активное сопротивление 2-го, 3-го и т.д. слоёв, но надо иметь в виду, что отводы сделаны через 2 слоя намотки.

После каждого чётного слоя имеется отвод на клеммы, которые соответствующим образом помечены 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Для питания установки используется лабораторный автотрансформатор типа ЛАТР с помощью которого напряжение, подаваемое на соленоид можно менять от 5 В до 60 В (максимальное значение). Напряжение и ток измеряются с помощью вольтметр типа Э544, амперметр типа Э539.

Внутри соленоида расположена штанга, изготовленная из текстолита, посредине которой намотана маленькая катушка диаметром d_k = 12,4 мм и с числом витков равном 20. Толщина провода 0,15 мм. От этой катушки сделаны 2 вывода на конец штанги, где к ним припаивается гибкий тонкий провод с коаксиальным выходом для подключения к микровольтметру.

Внешний вид экспериментальной установки и её электрическая схема представлены на рис. 2.

На штанге на белой бумаге нанесены деления от нуля до 500 мм. Штанга может свободно перемещаться, как показано на рис. 7 стрелкой.

Для измерения магнитной индукции В в центре длинного соленоида воспользуемся короткой катушкой с числом витков равным 20 и диаметром d_k = 12,4 мм. Эта катушка размещена на длинной штанге длиной приблизительно равной 110 см и располагается точно посредине соленоида. На штанге имеется шкала в мм. Установить катушку посредине соленоида (это не сложно сделать, так как длина соленоида равна 42 см). Эта катушка подключена к милливольтметру переменного тока.

Если на соленоид подается напряжение U = 60 В и переключатель секций соленоида находится в положении 6, то амперметр покажет ток I₁.

Магнитную индукцию соленоида можно вычислить по формуле

где n –число витков приходящихся на единицу длины соленоида; I – сила тока в соленоиде.