
физика лаб / 2сем / Lab13_6_Vinogradov_Ivan_gr9491
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №13
по дисциплине «Физика»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА (закон Био – Савара – Лапласа)
Студент гр. 9491 |
|
Виноградов И.А. |
Преподаватель |
|
Мыльников И.Л. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы: Ознакомление с методикой измерения индукции магнитного поля, экспериментальное исследование магнитного поля, созданного круговым током, приобретение навыков расчета магнитного поля с помощью закона Био – Савара – Лапласа.
Приборы и принадлежности: лабораторный макет установки для исследования магнитного поля кругового тока (рис. 1).
Рисунок 1
В работе используется планшет (1), с нанесенной на него координатной сеткой. На планшете установлено кольцо (2), внутри которого медным проводом намотана катушка. Кольцевая катушка (2) подключена к генератору (3), индукция магнитного поля, созданного током, протекающим в катушке (2), измеряется в разных точках планшета катушкой-датчиком (4), подключенной к измерительной схеме (5). В процессе измерения исследователь поворачивает датчик (4) в горизонтальной плоскости, добиваясь максимальных показаний вольтметра измерительной схемы. На корпусе датчика (4) нанесена стрелка, направление которой совпадает с осью катушки. Помещая датчик в различные точки планшета, и, измеряя индукцию магнитного поля в данной точке, можно построить картину исследуемого поля.
Исследуемые закономерности
Магнитное поле кругового тока. Индукция магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводнике произвольной формы, рассчитывается с помощью закона Био – Савара – Лапласа
;
(Формула
1)
Значение индукции магнитного поля на оси кругового тока (вдоль оси у на Рисунок 1) определяется выражением
,
(Формула
2)
г
де
R – радиус кругового тока, I – сила тока,
N – число витков в катушке.
М
Рисунок 2
агнитный момент. Будучи помещенным в магнитное поле, круговой виток с током испытывает на себе действие вращающего момента силы и ориентируется в поле таким образом, что плоскость витка располагается перпендикулярно вектору магнитной индукции внешнего поля.Ориентирующий момент силы, действующий на круговой ток, можно описать соотношением
,
(Формула
3)
где pm – магнитный момент витка с током, определяемый выражением
,
(Формула
4)
I – сила тока в витке, S – площадь, охваченная током витка, n – единичный вектор нормали к плоскости витка. Правило, по которому определяется направление вектора магнитного момента, следует из Рисунок 2. Выражение Error: Reference source not found справедливо для любой формы тока, образующего замкнутую петлю.
Явление электромагнитной индукции. Процесс измерения значений индукции магнитного поля основан на использовании явления электромагнитной индукции
;
(Формула
5)
Поскольку катушка, создающая исследуемое магнитное поле, питается переменным током частоты f, то
,
(Формула
6)
где S – эффективная площадь сечения катушки датчика w – число витков катушки датчика.
Протокол наблюдений
X, см |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Bx, Тл*10-5 |
9,71 |
9,84 |
10,07 |
10,42 |
10,91 |
11,6 |
12,57 |
13,96 |
18,08 |
19,64 |
Х, см |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
Bx, Тл*10-5 |
8,51 |
5,71 |
4,42 |
3,12 |
2,46 |
1,96 |
1,61 |
1,34 |
1,13 |
0,97 |
Y, см |
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Bу, Тл*10-5 |
9,58 |
9,33 |
8,94 |
8,44 |
7,86 |
7,23 |
6,59 |
5,97 |
5,37 |
4,81 |
N=400
R=0,13 м
I=50 мА
Ответы на вопросы
1. Запишите формулу определения индукции магнитного поля соленоидального тока. Нарисуйте линии индукции для этого случая.
,
где N
- число витков, I
- ток в соленоиде, l
- длина соленоида.
2. Определите направление и запишите формулу для расчета результирующего вектора индукции магнитного поля, созданного двумя параллельными проводниками с одинаковыми токами, в точке, находящейся посередине между проводниками.
Если токи в
проводниках текут в одном направлении,
то результирующий вектор магнитной
индукции равен 0 (по правилу правой
руки). А когда токи проводников
противоположно направлены, то
результирующий вектор магнитной индукции
в точке между проводниками направлен
“на нас” и по модулю равен
,
где
,
значит
.
Обработка результатов
1. Рассчитаем значения индукции магнитного поля на оси витка
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Экспериментальные и вычисленные значения магнитной индукции равны. Закон Био- Савара - Лапласа справедлив для данного эксперимента.
2.
3. Рассчитаем магнитный момент витка с током:
;
В г. Санкт-Петербург на 27.02.2008 B = 52.27 мТл, а ее горизонтальная составляющая 14,92 мТл, тогда
;
Вывод: в ходе лабораторной работы построены графики зависимости магнитной индукции от расстояния по осям тока. Нанесены на чертеж несколько векторов индукции магнитного поля. Определен вращающийся момент, действующий на виток в магнитном поле в Санкт-Петербурге.