_{МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчЁт

по лабораторной работе №13

по дисциплине «Физика»

Тема: Исследование магнитного поля кругового тока

Вопросы		Даты коллоквиума		Итог
6	16
Студент гр. 9300			ФИО
Преподаватель			Кузьмина Н. Н.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы.

Ознакомиться с методикой измерения индукции магнитного поля; исследовать магнитное поле, созданное круговым током; приобрести навыки расчёта магнитного поля с помощью закона Био – Савара – Лапласа.

Основные теоретические положения.

Закон Био – Савара – Лапласа. С помощью него рассчитывается индукция магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводнике произвольной формы:

Таким образом, значение индукции магнитного поля на центральной оси, перпендикулярной круговому току, определяется выражением:

— радиус кругового тока;

— сила тока;

— число витков в катушке.

Рисунок 1. Магнитный момент.

Магнитный момент. Круговой виток с током, помещённый в магнитное поле, испытывает на себе действие вращающего момента силы и ориентируется так, чтобы плоскость витка была перпендикулярна вектору магнитной индукции внешнего поля. Ориентирующий момент силы, действующий на ток:

— магнитный момент витка:

— сила тока в витке;

— охваченная током витка площадь;

— единичный вектор нормали к плоскости витка;

Электромагнитная индукция. Процесс измерения значений индукции магнитного поля основан на использовании явления электромагнитной индукции:

Для катушки, питаемой переменным током:

— частота переменного тока;

— эффективная площадь сечения катушки;

— число витков катушки.

Экспериментальная установка.

Рисунок 2. Схема установки.

(1) — планшет с координатной сеткой; (2) — кольцо, внутри которого медным проводом намотана катушка; (3) — генератор, подключённый к кольцевой катушке; (4) — катушка-датчик, которым измеряется индукция магнитного поля, созданного током, протекающим в катушке; (5) — измерительная схема для катушки-датчика.

В процессе измерения катушку-датчик поворачивают в горизонтальной плоскости, добиваясь максимальных показаний вольтметра измерительной схемы. На корпусе датчика 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.

Ответы на контрольные вопросы.

Какова природа источников магнитного поля?

Магнитное поле порождается током заряженных частиц, изменяющимся во времени электрическим полем или магнитными моментами частиц.

Сформулируйте закон Био – Савара – Лапласа.

Закон для определения вектора магнитной индукции в некоторой точке магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током на некотором участке.

Продемонстрируйте вывод формулы индукции магнитного поля на центральной оси, перпендикулярной круговому току.

Рисунок 3. Индукция магнитного поля от витка с током.

На рис. 3 показан круговой виток с током в разрезе. В верхней части сечения провода ток течёт из плоскости чертежа, в нижней — втекает в плоскость. — индукция магнитного поля, созданного в точке элементом . Векторы , и взаимно перпендикулярны. Точка расположена на расстоянии от плоскости витка. Проекция имеет вид:

Проинтегрируем, учитывая, что , и витков штук:

Изобразите качественно магнитное поле кругового тока.

Рисунок 4. Магнитное поле кругового тока.

Ответы на вопросы по теме поляризации. Вариант 7.

6. Какие источники магнитного поля Вы знаете? Графически изобразите магнитное поле, созданное ими.

Рисунок 5. Проводник с электрическим током.

Рисунок 6. Постоянный магнит.

16. Связь между напряжённостью и индукцией магнитного поля.

— связь между и в однородных изотропных магнетиках

— магнитная проницаемость среды;

— магнитная постоянная.

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13

Таблица 1. 0 0 0,074 0 2 0,067 0 4 0,054 0 6 0,039 0 8 0,023 0 9 0,018 0 10 0,013 1 0 0,069 2 0 0,070 3 0 0,072 4 0 0,072 5 0 0,083 6 0 0,093 7 0 0,104 8 0 0,121 9 0 0,154 10 0 0,203

Параметры катушки кругового тока: Параметры катушки-датчика: Масштабный коэффициент: