4 Лабораторная работа / 4-Лабораторная работа (Физика)_20 / Отчет по ЛР №4
.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО 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
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;
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.
Расчет значений :
(3.2)
Расчет погрешности косвенного измерения Вт:
(3.3)
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице.
Таблица
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 |
1.35 1.15 0.75 0.48 0.29 0.18 0.12 0.08 0.058 0.042 0.032 |
0.8 0.9 1.2 1.6 2.3 3.1 4.2 5.4 6.8 8.3 10 |
0 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 |
Относительные погрешности измеряемых величин: ( Em) = 10% (S) = 10% ( N1) = 1% ( ) = 1%
|
Расчет значений по формуле:
при z=0
z=1
z=2
z=3
z=4
z=5
z=6
z=7
z=8
z=9
z=10
Рассчитываем амплитуду магнитной индукции витка по формуле (3.1) при z=0: , число витков измерительной катушки ,
Погрешность косвенного измерения Вm при z=0 по формуле (3.3):
Погрешность измерений Еm для каждой точки или доверительные интервалы: при
z=0
z=1
z=2
z=3
z=4
z=5
z=6
z=7
z=8
z=9
z=10
График зависимости :
0
1,0
1,5
1,3
Em,
B
4
1
2
3
7
6
5
10
9
8
0,5
0,1
z,
см
Г рафик зависимости :
0 6 7 8 9 10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
z2,
см2 1 2 3 4 5
Погрешности измерений для каждой точки или доверительные интервалы:
На графике все точки укладываются на прямую, в пределах погрешностей, следовательно, экспериментальная зависимость соответствует теоретической.
Вывод: После изучения магнитного поля на оси витка с током и проведением экспериментов, и построения графиков я убедился, что закон Био-Савара-Лапласа подтверждается на практике.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Вопросы:
-
Что такое магнитное поле?
-
Какое из проявлений магнитного поля используется в данной работе при измерении магнитной индукции?
-
Почему размеры измерительной катушки (ее поперечное сечение) должны быть значительно меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле?
-
Как измерить амплитуду электрического сигнала с помощью осциллографа?
-
По какому закону измеряется индукция магнитного поля на оси кругового тока? Запись этот закон?
-
Как проверить соответствие экспериментально измеренной зависимости теоретической, т.е. закону Био-Савара-Лапласа?
-
Какими способами можно построить прямую по экспериментальным точкам?
Ответы:
-
Магнитное поле представляет собой особую форму метерии, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Основные свойства магнитного поля:
а) Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
б) Магнитное поле обнаружиавется по действию на электрический ток (движущиеся заряды).
Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.
-
В этой работе использовано явление электромагнитной индукции. По витку 1 рис. 3.1 протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле, которое воздействует на катушку 2, создает в ней ЭДС индукции. Амплитуда ЭДС индукции измеряется с помощью осциллографа. По амплитуде ЭДС индукции Е определяют амплитудное значение магнитного поля витка 1, .
-
Размеры измерительной катушки должны быть меньше размеров витка с током, создающего переменное магнитное поле для увеличения магнитного потока Фт проходящего через измерительную катушку.
-
Амплитуда электрического сигнала измеряется с помощью осциллографа по графику колебаний, при различных положениях катушки, т.е. меняя расстояние z.
-
Индукция магнитного поля на оси кругового тока изменяется по закону Био-Савара-Лапласа: при z=0 - магнитная индукция в центре кругового тока.
-
Соответствие экспериментальной зависимости теоретической , проверяется с помощью метода линеаризации. Для этого надо построить график зависимости . Если точки этого графика лежат на одной прямой (в пределах доверительных интервалов), то экспериментальная зависимость соответствует теоретической, т.е. закону Био-Савара-Лапласа.
-
При проверке каких-либо закономерностей используют метод линеаризации экспериментальной кривой. Для этого выявляют новые переменные, зависимость между которыми была бы линейной. Наносятся экспериментальные точки и доверительные интервалы этой зависимости. Затем проводят интерполирующую прямую.