4 Лабораторная работа / 4-Лабораторная работа (Физика)_5 / отчет_ЛР№4_физ
.docМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра физики
ОТЧЕТ
Лабораторная работа по курсу "Общая физика"
ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА
Преподаватель Студент группы
___________ / / __________ / /
___________
1
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси витка с током и экспериментальная проверка закона Био‑Савара‑Лапласа.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Э кспериментальная установка, схематично представленная на рис.2.1., состоит из катушки 1 с током, создающей магнитное поле, измерительной катушки 2 и осциллографа 3. Катушка 1 питается через понижающий трансформатор переменным током. Все устройство смонтировано на лабораторном макете. Измерительная катушка 2 расположена под лицевой панелью макета и может перемещаться вдоль оси катушки 1 с помощью движка.
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Выражение для расчета амплитудного значения магнитной индукции в любой точке на оси z катушки:
Bm = Em / N1 S , (3.1)
где Em - амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;
2
S - площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S = 310-4 м2);
= 2 , где - частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( = 50 Гц);
N1 - число витков измерительной катушки.
Число витков измерительной катушки:
где Nмак – номер лабораторного макета (в нашем случае №1).
Абсолютная погрешность некоторых косвенных измерений для функций вида: :
(3.2)
(3.3)
где Δ(x)- абсолютная погрешность измерения; ε(x)- относительная погрешность измерения; ε(a), ε(b), ε(c)- относительные погрешности результатов измерения величин участвующих в расчетах косвенных измерений.
Доверительные интервалы:
(3.4)
где х- измеренная величина; ± Δ(х)- абсолютная погрешность измерения.
3
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1.
Результаты прямых и косвенных измерений
z , см |
Em , В |
(Em)-2/3, В-2/3 |
z2 , см2 |
Примечания |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
0,85 в 0,75 в 0,5 в 0,3 в 0,18 в 0,115 в 0,075 в 0,05 в 0,035 в 0,028 в 0,02 в |
1,114 в-2/3 1,211 в-2/3 1,587 в-2/3 2,231 в-2/3 3,137 в-2/3 4,229 в-2/3 5,623 в-2/3 7,368 в-2/3 9,346 в-2/3 10,845 в-2/3 13,572 в-2/3 |
0 см2 1 см2 4 см2 9 см2 16 см2 25 см2 36 см2 49 см2 64 см2 81 см2 100 см2 |
Относительные погрешности измеряемых величин: ( Em) = 10% (S) = 10% ( N1) = 1% ( ) = 1%
|
Произведем расчет величины амплитудного значения магнитной индукции Bm в точке z=0 по формуле (3.1):
Тл.
Расчет величины амплитудного значения магнитной индукции Bm в точке z=0 с учетом погрешностей измерения, используем формулы (3.3),(3.2),(3.1):
2,986·10-3 ±0,09·10-3Тл.
4
Воспользуемся формулой (3.2) для заполнения таблицы 4.2.
Таблица 4.2.
Погрешности прямых и косвенных измерений для всех
экспериментальных точек
z, см |
Em, B |
(Em)-2/3,B-2/3 |
0 |
0,85±0,085 в |
1,114± в-2/3 |
1 |
0,75±0,075 в |
1,211± в-2/3 |
2 |
0,5±0,05 в |
1,587± в-2/3 |
3 |
0,3±0,03 в |
2,231± в-2/3 |
4 |
0,18±0,018 в |
3,137± в-2/3 |
5 |
0,115±0,0115 в |
4,229± в-2/3 |
6 |
0,075±0,0075 в |
5,623± в-2/3 |
7 |
0,05±0,005 в |
7,368± в-2/3 |
8 |
0,035±0,0035 в |
9,346± в-2/3 |
9 |
0,028±0,0028 в |
10,845±в-2/3 |
10 |
0,02±0,002 в |
13,572±в-2/3 |
Используя формулу (3.4) найдем доверительные интервалы и заполним таблицу 4.3.
Таблица 4.3.
Доверительные интервалы для экспериментальных точек
z, см |
Em, B |
(Em)-2/3,B-2/3 |
0 |
[0,765; 0,935 ] |
[1,046; 1,196 ] |
1 |
[0,675; 0,825 ] |
[1,148; 1,300 ] |
2 |
[0,45; 0,55 ] |
[1,490; 1,703] |
3 |
[0,27; 0,33 ] |
[2,094; 2,394 ] |
4 |
[0,162; 0,198 ] |
[2,944; 3,365 ] |
5 |
[0,103; 0,1265 ] |
[3,968; 4,551 ] |
6 |
[0,0675;0,0825] |
[5,277; 6,032] |
7 |
[0,045; 0,055] |
[6,914; 7,904 ] |
8 |
[0,0315 0,0385] |
[8,771; 10,026 ] |
9 |
[0,0252;0,0308] |
[10,177; 11,634] |
10 |
[0,018; 0,0022 |
[12,737; 14,560 ] |
5
Построим график функции , с учетом доверительных интервалов. Рисунок 4.1.
Построим график функции , с учетом доверительных интервалов. Рисунок 4.2.
6
Из построенного графика видно, что все точки, с учетом погрешностей, лежат на одной прямой.
7
5. ВЫВОДЫ
В результате проделанной работы, с помощью экспериментальной установки, мы убедились в справедливости закона Био-Савара-Лапласа, так
как смогли, в пределах погрешности измерений, построить линеаризованный график зависимости (Em)-2/3= f2(z2) и определить, по приведенным формулам, значение индукции магнитного поля.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
-
Что такое магнитное поле?
Ответ. Магнитное поле это магнитное взаимодействие электрических зарядов, т.е. каждый движущийся заряд создает вокруг себя магнитное поле, магнитное поле действует на любой другой движущийся заряд.
-
Какое из проявлений магнитного поля используется в данной работе при измерении магнитной индукции?
Ответ. В данной работе использовано явление электромагнитной индукции.
-
Почему размеры измерительной катушки (её поперечное сечение) должны быть значительно меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле?
Ответ. Чем меньше размеры измерительной катушки, тем ближе значение электромагнитной индукции на оси витка с током.
-
Как измерить амплитуду электрического сигнала с помощью осциллографа?
Ответ. Необходимо включить кнопку «сеть», установить переключатель «вольт/дел.» в такое положение, при котором размах измеряемого сигнала будет наибольший в пределах экрана осциллографа, но не выходящий за его пределы. Записать полученное значение амплитуды сигнала. По окончании измерения, необходимо установить переключатель «вольт/дел.» на максимальное значение (5 вольт/дел.) и выключить кнопку «сеть».
-
По какому закону изменяется индукция магнитного поля на оси кругового тока? Записать этот закон.
Ответ. Индукция магнитного поля в центре кругового тока:
где: μ0 = 4π·10-7 Гн/м – магнитная постоянная; I – величина тока в проводнике; R – радиус поперечного сечения катушки.
8
-
Как проверить соответствие экспериментально измеренной зависимости Em(z) теоретической, т.е. закону Био-Савара-Лапласа?
Ответ. Проверить соответствие экспериментально измеренной зависимости Em(z) теоретической, можно построив линеаризованный график зависимости (Em)-2/3= f2(z2).
-
Какими способами можно построить прямую по экспериментальным точкам?
Ответ. Прямую можно построить графически или с помощью метода наименьших квадратов.
Литература:
-
В.Ф. Харламов. «Электричество и магнетизм». Учебное пособие.
Томск-1999г.
2. О.Ф. Кабардин. «Физика». Справочник. «АСТ-ПРЕСС ШКОЛА»
Москва-2003г.