Оптика 3 семак / Грязнова / ЛБ-5 1Б92 Кшинин И
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности
12.03.01 «Приборостроение»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТЫ № 4 Э-16 ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА
по дисциплине:
Физика
Исполнитель: |
|
|
|
студент группы |
1Б92 |
ФИО |
02.11.2020 |
|
|
Кшинин Иван Бахтиёрович |
|
Руководитель: |
|
ФИО |
|
|
|
|
|
преподаватель |
Доцент |
Грязнова Елена Николаевна |
|
Томск – 2020
Краткое теоретическое содержание работы
•Индукция магнитного поля:
Векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, его действия на заряженные частицы в данной точке пространства.
•Метод измерения индукции магнитного поля заключается в:
Индукционный метод, по существу, заключается в измерении ЭДС, индуктированной исследуемым переменным магнитным потоком в измерительной обмотке с известным числом витков
СХЕМА УСТАНОВКИ
Обозначения:
1 — Прямоугольный контур
2 — Круговой контур
3 —Часть контура
4—Гнезда
5— Штепсельная вилка
А — Амперметр
V — Вольтметр
Тр — Трансформатор
РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ
2
1. При измерениях:
B = |
E |
2 |
|
N S |
|||
|
|||
E — Максимальное значение ЭДС
N — Количество витков
S — Площадь витка (Не диаметр!)
ω — Циклическая частота переменного тока
2. Для вычисления значений индукции магнитного поля в прямоугольном контуре и от отрезка прямого тока применяется формула:
|
0 |
cos |
B = |
|
|
|
2 |
|
|
|
μ0 — Магнитная постоянная
I — Ток
φ1 — Предел измерений угла
φ2 — Предел измерений угла
a — Угол между векторами dl и r
3. Для вычисления значений индукции магнитного поля в центре кругового контура применяется формула:
|
0 |
I |
|
|
|
2R |
||
μ0 — Магнитная постоянная
I — Ток
R — Радиус R=r
3
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Формула для расчета В: (вычисления Mathcad), за N приняты витки измерительной катушки и S взята площадь витка измерительной катушки.
= 3.14 |
D = 0.007 |
N = 4000 |
E = 48.1 |
S = |
2 |
- 5 |
= 2 |
50 |
B = |
E |
2 |
= 1.408 |
D |
= 3.847 10 |
N S |
||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||
1. Для прямоугольного контура
I (A) = 3.5А, n=25
= |
|
= 87.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r1 (см) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
|
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|||
ε (В) |
|
10,7 |
20,7 |
53,3 |
108,1 |
67,3 |
56,8 |
51,7 |
49,1 |
47,8 |
47,1 |
46.9 |
|
|||||
B (Тл) |
|
0.313 |
0.606 |
1.56 |
3.164 |
1.97 |
1.663 |
1.513 |
1.437 |
1.399 |
1.379 |
1.373 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
r2 (см) |
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ε (В) |
|
17 |
29,6 |
67,1 |
|
112,7 |
|
65,2 |
52,9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
B (Тл) |
|
0,498 |
0.866 |
1.964 |
|
3.299 |
|
1.909 |
1.549 |
|
|
|
|
|
|
|||
2. Для кругового контура
I (A) = 3.6 A, n=22
= |
= 79.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r (см) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
9 |
10 |
|
ε (В) |
|
5.7 |
9.8 |
19.8 |
50.5 |
104.1 |
66.5 |
54.3 |
49.3 |
48.8 |
|
B (Тл) |
|
0.167 |
0.287 |
0.58 |
1.478 |
3.047 |
1.947 |
1.589 |
1.443 |
1.428 |
|
3. Для плоского контура
I (A) = 4 A, n=14
= |
= 56 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r (см) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
ε (В) |
|
4,3 |
6,3 |
9,3 |
13,8 |
22,8 |
48,1 |
|
B (Тл) |
|
0.126 |
0.184 |
0.272 |
0.404 |
0.667 |
1.408 |
|
4
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Графические зависимости
B = f(r1) (по данным таблицы 1)
Зависимость В=f(r1)
Магнитная индукция
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Растояние r1
B = f(r2) (по данным таблицы 2)
Зависимость В=f(r2)
Магнитная индукция
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Растояние r2
5
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
B = f(r) (по данным таблицы 3)
Зависимость В=f(r)
Магнитная индукция
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Растояние r
B = f(r) (по данным таблицы 4)
Зависимость В=f(r)
Магнитная индукция
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Растояние r
6
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Оцените погрешность измерений в зависимости от класса точности приборов:
Для нахождения погрешности амперметра:
∆А = 100%кл.т = 1005 2 = 0.1
Для нахождения погрешности вольтметра:
∆ = |
кл.т |
= |
5 0.5 |
|
= 0,025 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
100% |
100% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2. Сравните экспериментальные данные с расчётными: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прямоугольный контур |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Экспериментальное значение B |
|
|
|
Расчётное значение B |
|
|||||||||||||||
|
|
|
в центре контура |
|
|
|
|
|
|
|
в центре контура |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
√2 |
|
= 0.313 |
|
|
|
= |
|
cos = 0.389−3 ≈ 0.389 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Круговой контур |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Экспериментальное значение B |
|
|
Расчётное значение B |
|
||||||||||||||||
|
|
|
в центре контура |
|
|
|
|
|
|
|
в центре контура |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
все значения |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
= 1.427 |
|
|
|
= |
2 |
|
= 1.458 |
≈ 1.458 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
выведены из-под степени |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отрезок прямого тока |
|
|
|
|
|
||||||
|
Расстояние от катушки |
|
Экспериментальное |
|
|
|
Расчётное |
|
||||||||||||||
|
до проводника (см) |
|
|
значение B |
|
|
|
значение B |
|
|||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.126 |
|
|
|
|
|
|
|
0.135 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.184 |
|
|
|
|
|
|
|
0.193 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.272 |
|
|
|
|
|
|
|
0.285 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.404 |
|
|
|
|
|
|
|
0.411 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.667 |
|
|
|
|
|
|
|
0.672 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.408 |
|
|
|
|
|
|
|
1.437 |
|
|
|
7
Вывод:
В ходе лабораторной работы было исследовано распределение магнитного поля в круговом и прямом токе.
Были выведены зависимости В (тл) от расстояния и построены графики зависимости.
Выведена погрешность приборов измерения.
При сравнении экспериментальных данных с расчетами была выявлена разница между ними. При этом использовались заданные формулы и итоговое значение тока по формуле
= .
Все формулы и расчеты были проведены в MathCad.
8