Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электричество и магнетизм. Учебное пособие
.pdf
клонения стрелки, используемый в расчетах магнитного поля, равен
нач
, где
– начальная координата в отсутствие тока
нач
в цепи. Обычно лимб у компасов вращается, поэтому в отсутствие тока
можно нулевую отметку лимба совместить с северным концом магнитной стрелки (положение
1 на рис. 2.17). Для положения 2 начальная
координата равна нулю, однако при смене направления тока на противоположное
=360
нач
(положение 3).
Практическая часть
Цель работы: измерить горизонтальную составляющую магнитно-
го поля Земли; исследовать зависимость магнитного поля на оси кругового тока от расстояния до его центра и сравнить с теоретической
зависимостью.
Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
1. Поместить компас в центр катушки. Повернуть установку вокруг
вертикальной оси так, чтобы стрелка компаса совместилась с плоскостью витков катушки. Для упрощения измерений совместить нулевую отметку лимба компаса с северным концом стрелки компаса.
2.
Собрать электрическую схему, получить у преподавателя допуск
к выполнению работы.
3.
Для значений угла отклонения
50) измерить угловые координаты и соответствующие значения силы
тока
I . Величину тока изменять с помощью реостата.
Уменьшить ток до минимума. Разомкнуть цепь, поставив реверс
4.
П в среднее положение. Переключить направление тока на противоположное.
Повторить измерения п. 3.
5.
Для каждого значения
6.
вычислить среднее значение тока
двум значениям прямого и обратного токов.
Построить график зависимости
7.
Вычислить доверительные интервалы
8.
стрелки компаса (0, 5, …,
tgφ
от I.
по формуле
σ
tg φ
I
по
σ
σ
tgφ
cos φ
61
φ
. (2.48)
2
Пристроить доверительные интервалы к каждой точке графика.
B
B
Замечание. Погрешность используемых в установке компасов рав-
на одной-двум ценам деления.
9. Провести через все доверительные интервалы и через начало координат регрессионную (усредняющую) прямую по минимуму квадратов отклонений экспериментальных точек от этой прямой. Качественно на графике ее располагают так, чтобы по обе стороны от нее было
примерно одинаковое число точек. Определить угловой коэффициент
наклона
10.
составляющей магнитного поля Земли
11.
ляющей магнитного поля Земли
В выражении (2.49) не учтена погрешность углового коэффициента
этой прямой.
k
По формуле (2.46) вычислить среднее значение горизонтальной
B
.
Г
Оценить погрешность
σ
измерения горизонтальной состав-
B
Г
по формуле
Г
σ
R
BR
σ
B
Г
. (2.49)
Г
k
наклона регрессионной прямой, поскольку он определен графическим
усреднением по всем экспериментальным точкам.
Сравнить экспериментально полученное значение
12.
с расчет-
Г
ным в модели мирового магнитного поля.
Измерение зависимости магнитного поля на оси кругового тока
от расстояния до его центра
13. Предварительный выбор величины тока. Поместить компас на
оси катушки в самое дальнее от катушки положение. Установить такую величину тока, при которой угол отклонения стрелки компаса равен минимальному из измеряемых значений, например 10. Переместить компас в центр катушки и убедиться, что угол отклонения стрелки не превышает 80. В
противном случае поместить компас в дальнее
положение и установить ток, при котором угол отклонения равен 5.
14.
Переставляя компас вдоль оси катушки, измерить угол откло-
нения магнитной стрелки для пяти значений расстояния
катушки до центра компаса. Ток
I в процессе всех измерений не из-
от центра
h
менять.
62
15. Вычислить значения для построения графиков по рис. 2.15, а
или 2.15,
интервалы
σ по формуле
б, нанести эти значения на график. Вычислить доверительные
по формуле (2.48) или доверительные интервалы
σ
tgφ
23
(tgφ)
σ (tgφ).
(tgφ)
Пристроить доверительные интервалы ко всем точкам графика
16.
2
(2.50)
23
3
53
σ
φ
2
cos φ
и провести через них регрессионную прямую.
17.
Сделать вывод, подтверждается теоретическая зависимость по-
ля на оси катушки от расстояния
h вдоль оси или нет.
Контрольные вопросы
1. Перечислите характеристики, описывающие магнитное поле в
данной точке пространства.
2.
Сформулируйте принцип суперпозиции для электрических и
магнитных полей.
3.
Чем отличаются полюсы магнита от электрических зарядов и как
это проявляется в пространственном распределении электрических и
магнитных силовых линий?
4.
Сформулируйте различие электрических и магнитных силовых
линий в терминах теоремы Гаусса.
5.
Ваше мнение об этом объявлении?
6.
Какие электрические заряды создают магнитное поле?
7.
Запишите закон Био – Савара – Лапласа.
8.
Объясните, как закон Био – Савара – Лапласа соответствует из-
вестным из опытов Ампера и Эрстеда свойствам магнитного поля:
а)
цилиндрической симметрии силовых линий;
б)
теореме Гаусса.
63
9. Объясните значение показателя степени множителя
1 r
коне Био – Савара – Лапласа.
10.
Опишите метод измерения горизонтальной компоненты маг-
нитного поля Земли.
11.
Чему равна горизонтальная составляющая магнитного поля:
а) в точках магнитных полюсов Земли; б) на магнитном экваторе?
12.
Выведите формулу определения горизонтальной компоненты
магнитного поля Земли указанным методом.
13.
Выведите зависимость поля на оси плоской круглой катушки
с током от расстояния до центра катушки.
3
в за-
64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трофимова Т. И. Курс физики : учеб. пособие для инженернотехнических специальностей вузов / Т. И. Трофимова. – 21-е изд, стереот. –
Москва : Академия, 2015. – 557 с.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика : учебник / И. В. Савельев. – Москва : Лань, 2019. –
500 с.
3. Сивухин
для вузов / Д. В. Сивухин. – Москва : Физматлит, 2009. – 656 с.
4. Калашников С. Г. Электричество : учеб. пособие / С. Г. Калашников. –
6-е изд., стереот. – Москва : Физматлит, 2003. – 624 с.
5. Модель магнитного поля Земли. – URL: http://www.geomag.bgs.ac.uk/
data_service/models_compass/wmm_calc.html (дата обращения: 30.05.2022).
Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество : учеб. пособие
65
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 3
Глава 1. Электроизмерительные приборы ....................................................... 4
Отсчетные устройства ....................................................................................... 4
Связь шкалы прибора с функцией преобразования ........................................ 6
Связь цены деления и порога чувствительности ............................................. 8
Погрешности измерения .................................................................................... 9
Погрешность квантования ............................................................................... 12
Динамическая погрешность ............................................................................ 13
Классы точности средств измерений .............................................................. 15
Аддитивная погрешность ................................................................................ 16
Мультипликативная погрешность .................................................................. 20
Комбинированная погрешность ...................................................................... 21
Включение измерительных приборов в электрическую цепь ..................... 23
Глава 2. Исследование электромагнитных полей ......................................... 29
2.1. Изучение электростатического поля методом моделирования
в электролитической ванне ....................................................................... 29
2.2. Изучение работы источника постоянного тока ..................................... 39
2.3. Определение удельного заряда электрона .............................................. 46
2.4. Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля
Земли и исследование магнитного поля кругового тока ...................... 53
Библиографический список .................................................................................. 65
66
Суханов Игорь Иванович
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Учебное пособие
Редактор Е.Е. Татарникова
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор И.Е. Семенова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
Подписано в печать 20.09.2022. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная
Тираж 300 экз. Уч.-изд. л. 3,95. Печ. л. 4,25. Изд. № 108. Заказ № 254
Цена договорная
Новосибирского государственного технического университета
Отпечатано в типографии
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
67
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]