Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

физика лаб / 2сем / Lab13_6_Vinogradov_Ivan_gr9491

.docx
Скачиваний:
54
Добавлен:
16.10.2021
Размер:
560.82 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ 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.