МИНИСТЕРСТВО 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

___________ / / __________ /./

___________г. г.

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:

B_m = E_m / N₁ S , (3.1)

где E_m - амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;

 S - площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S = 310^-4 м²);

 = 2 , где  - частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( = 50 Гц);

N₁ - число витков измерительной катушки.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице.

Таблица 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	0,85 0,75 0,5 0,3 0,2 0,1 0,1 0,05 0,036 0,028	1,11 1,21 1,59 2,23 2,92 4,64 4,64 7,37 27,78 35,71	0 1 4 9 16 25 36 49 64 81	Относительные погрешности измеряемых величин: ( Em) = 10% (S) = 10% ( N1) = 1% ( ) = 1%

Рассчитаем индукцию магнитного поля для =0:

Индукция магнитного поля

;

Тл

Построение графика зависимости .

Относительная погрешность определения амплитудного значения

ЭДС катушки

Доверительные интервалы для :

[0,85-0,085; 0,85+0,085];

[0,75-0,075; 0,75+0,075];

[0,5-0,05; 0,5+0,05];

[0,3-0,03; 0,3+0,03];

[0,2-0,02; 0,2+0,02];

[0,1-0,01; 0,1+0,01];

[0,1-0,01; 0,1+0,01];

[0,05-0,005; 0,05+0,005];

[0,036-0,0036; 0,036+0,0036];

[0,028-0,0028; 0,028+0,0028];

Зависимость от

Доверительные интервалы для (E_m)^-2/3:

[1,11-0,148; 1,11+0,148];

[1,21-0,16; 1,21+0,16];

[1,59-0,2; 1,59+0,2];

[2,23-0,3; 2,23+0,3];

[2,92-0,38; 2,92+0,38];

[4,64-0,6; 4,64+0,6];

[4,64-0,6; 4,64+0,6];

[7,37-0,98; 7,37+0,98];

[27,78-1,22; 27,78+1,22];

[35,71-1,44; 35,71+1,44];

Найдём погрешности для измерений z:

Приборная погрешность:

Так как класс точности не указан. В этом случае абсолютная погрешность _п(z) не зависит от результата измерения z. И .

Абсолютная погрешность равна:

Общая погрешность для z² равна:.

Для построения графика зависимости используем метод наименьших квадратов.

, где ,

Зная, что

; ; ;

; ; ;

Для

; ;

; ;

;

a  0.4; b  68

Чтобы по известным значениям величин a и b построить прямую, нужно задаться произвольными значениями абсцисс двух точек K и M, а затем по формулам вычислить соответствующие им ординаты. Поставив на график две точки с координатами и , можно провести через них единственную прямую. Для построения графика возьмем две точки:

Зависимость (Em)^-2/3 от (метод наименьших квадратов)

5. ВЫВОДЫ

В данной лабораторной работе мы изучили магнитное поле на оси витка с током и экспериментально проверили закон Био-Савара-Лапласа.

6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Магнитным полем называется одна из форм проявлений электромагнитного поля. Магнитное поле действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током и на частицы и тела, обладающие магнитными моментами.

2. В данной лабораторной работе используется явление электромагнитной индукции.

3. Если длина катушки значительно меньше радиуса ее поперечного сечения, то для приближенного расчета поля катушки можно использовать выражение , подставляя вместо тока I величину N (число витков катушки).

4. Надо подать переменное напряжение на вертикально отклоняющиеся пластины осцилографа.

5. Согласно закону Био-Савара-Лапласа каждый элемент проводника с током Idl создает в точке с радиусом-вектором r магнитное поле с индукцией , где Гн/м – магнитная постоянная.

6. Нужно построить график зависимости . Если точки в этой зависимости укладываются на прямую (в пределах их погрешностей), то эксперментальная зависимость соответствует теоретической, т.е. закону Био-Савара-Лапласа.

7. Прямую, проведенную по экспериментальным точкам, можно построить, используя метод линеаризации (рассчитать коэффициенты a и b графика и построить по ним прямую).