5.2. Упражнение 2. Изучение магнитного поля проводников с током и проверка формул индукции магнитного поля прямого проводника с током и кругового проводника с током.

5.2.1. Теория метода. Описание установки

В лабораторной работе магнитное поле проводников с током изучается, вызывая электромагнитную индукцию в эталонном датчике магнитным полем исследуемого контура с током.

Эталонный датчик представляет собой короткую катушку малого диаметра =0,02 м с числом витков

По определению, в однородном магнитном поле магнитный поток через поперечное сечение датчика (через площадь ограниченную одним витком датчика)

где - угол между нормалью ки магнитной индукцией.

Магнитный поток через площадь, ограниченную всеми витками датчика (поток сцепления катушки), больше враз:

Эталонный датчик располагается перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, поэтому

Тогда

В случае пилообразного тока в контуре (при линейной зависимости силы тока от времени) в течение каждой половины периода э.д.с.

Действительно, из закона Био–Савара-Лапласа следует, что для всех проводников с током

58

Коэффициент пропорциональности называется калибровочным коэффициентом; он показывает, насколько изменяется индукция магнитного поля контура с током при изменении силы тока в нем на 1 А. Тогда

При линейной зависимости силы тока от времени (в течение каждого полупериода при пилообразном токе) скорость изменения силы тока постоянна и равна

где и- период и частота колебаний пилообразного тока.

Тогда

За время от 0 до сила тока изменяется от 0 до, индукция магнитного поляот 0 до. Интегрируя выражение(5.9), получим значение модуля магнитной индукции в рассматриваемой точке в момент временикогда ток в исследуемом контуре имеет наибольшее значение:

Таким образом, индукцию магнитного поля контура с током можно определить по величине ЭДС индукции, которую вызывает в датчике магнитное поле этого контура

при пропускании по нему изменяющегося со временем по линейному закону тока (пилообразного тока). Если пренебречь индуктивным и активным сопротивлениями датчика, то напряжение на концах катушки датчика равно. Тогда, выразив период колебаний пилообразного тока через частоту, для определения модуля индукции магнитного поля контура с током при силе тока в нем, равной, получим расчетную формулу

где (рис. 5.2,б).

Величины иуказаны в справочных данных к установке. Величиныиизмеряются в работе.

5.2.2,А. Порядок выполнения упражнения 2 для связки прямых проводников с током

1) Подготовить установку к работе согласно описанию, прилагаемому к установке.

59

2) Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.1., выбрав в качестве контура связкупрямых проводников, укрепленную на лицевой стороне задней стенки установки.

3) Датчик ДЭ с подставкой установить на поперечные полозья и придвинуть его вплотную к связке прямых проводников. При этом расстояние от прямых проводников до центра катушки датчика равно 0,025 м.

4) Поворачивая датчик, добиться, чтобы катушка датчика и связка проводников лежали в одной плоскости.

5) Нажав кнопку «Вкл», включить генератор ГСФ-1.

6) Оттянув кнопку «Сеть», включить осциллограф С1-125.

7) С помощью ручки «Частота» и кнопок множителей «х3», «х10», «х100» на панели генератора выбрать частоту пилообразного сигнала в пределах 100…500 Гц (частоту высвечивает цифровой индикатор).

8) Переключателем «\дел» на канале А осциллографа выбрать цену большого деления 0,5 В\дел.

9) Ручкой «Уровень» на панели генератора выбрать выходной сигнал = 0,3…0,6 В (= 0,3…0,6 А). Для этого размах пилообразного напряженияна экране осциллографа должен составить 6…12 маленьких делений.

10) Переключателем «\дел» на канале Б осциллографа выбрать такую цену большого деления, чтобы число делений между горизонтальными отрезками на экране осциллографа, соответствующими ЭДСи -, было около 10.

11) Умножив число делений между горизонтальными отрезками на выбранную цену деления на канале Б, определить напряжение = 2.

12) Измерить при пяти расстояниях, увеличивая расстояние каждый раз на 0,02…0,03 м, полученные значения занести в табл. 5.2.2.

13) Отжав кнопку «Вкл», выключить генератор; нажав кнопку «Сеть», выключить осциллограф.

Таблица 5.2.1

150	0,02 м	100

Таблица 5.2.2

	, м	, В	, В	, Тл	, Тл
1
2
3
4
5

60