Практическая часть

Схема установки, используемой в данной работе, приведена на рис. 3. Для измерения напряженности магнитного поля на оси соленоида Lиспользуется катушкаL_изм, длина которой много меньше длины исследуемых соленоидов. Это сделано для уменьшения искажений результатов измерений. Измерительная катушка может перемещаться внутри соленоида вдоль его оси.

Рис. 3.

На соленоидLподаётся переменное напряжение частотойfс генератора ЗГ, в результате чего в соленоиде возникнет переменное магнитное поле, и на катушкеL_измбудет наводиться переменная э.д.с., амплитуда которой пропорциональна амплитуде изменения напряженности магнитного поля. Величина э.д.с. на катушкеL_измизмеряется с помощью осциллографа.

Для определения амплитуды напряженности магнитного поля воспользуемся следующими простыми соображениями. Э.д.с. индукции, возникающей в измерительной катушке, равна

. (7)

В свою очередь, магнитный поток

Ф=₀H(t)SN_изм,

где H(t) =H₀sint,= 2f,S– площадь сечения одного витка измерительной катушки,N_изм– число витков измерительной катушки.

Пренебрегая магнитным полем самоиндукции измерительной катушки, можно записать величину напряжения U_Lна выводахL_изм:

,

где d– диаметр витка измерительной катушки. Таким образом,

. (8)

Упражнение 1. Измерение магнитного поля на оси длинного соленоида Порядок выполнения

1. Соберите установку по схеме рис.3. В качестве соленоида используйте две последовательно соединённые катушки на стойках (параметры одной катушки: длина L= 160 мм, число витковN= 779). Убедитесь, что плоскость витков измерительной катушки перпендикулярна оси соленоида (параметры измерительной катушки: диаметрd= 20 мм, число витковN_изм= 150). СопротивлениеR= 5…20 Ом.

2. Подайте на соленоид с генератора переменное (синусоидальное) напряжение с частотой 300...500 Гц. Убедитесь, что катушки соленоида включены согласованно: при этом наблюдаемый с помощью осциллографа сигнал с L_измне должен заметно уменьшаться в средней части соленоида.

3. Пользуясь формулой (8), определите амплитуду напряжённости магнитного поля вдоль оси длинного соленоида. Начальное положение измерительной катушки выберете на расстоянии нескольких сантиметров от конца соленоида. Положение измерительной катушки изменяйте с шагом в 1...1,5 см (зафиксируйте координату, соответствующую торцевой плоскости соленоида). Постройте график соответствующей зависимости.

4. Сравните измеренное значение H₀в центре соленоида с величиной, определённой с помощью формулы (5). Для определения амплитуды токаI₀соленоида измерьте с помощью осциллографа амплитуду переменного напряженияU_0R на резистореR(рис.3). ТогдаI₀=U_0R/R. Объясните результаты сравнения.

5. Оцените погрешности измерений.

Упражнение 2. Измерение магнитного поля на оси короткого соленоида

Повторите те же измерения, что и в упражнении 1, но в качестве короткого соленоида используйте только одну катушку. Аналогичным образом постройте график зависимости.

Контрольные вопросы

1. Пользуясь формулой напряженности магнитного поля на оси кругового тока (1), вывести формулу для определения напряженности магнитного поля в любой точке на оси длинного соленоида.

2. Как определяется направление силовых линий магнитного поля внутри соленоида?

3. Значение напряженности магнитного поля в средней части соленоида, полученное из опыта, как правило, не совпадает со значением, полученным по формуле Н =In. Чем объяснить эту разницу? Когда она будет меньше?

4. От чего зависит степень однородности магнитного поля внутри соленоида?

5. Гибкий проводник расположен вблизи постоянного магнита. Что произойдет с проводником, если по нему пропустить ток? Ответ обосновать.

6. На конце длинного постоянного магнита находится катушка, которая может свободно перемещаться вдоль магнита. Что произойдет с катушкой, если по ней пропустить ток того или иного направления?

7. Покажите, что поле очень длинного соленоида однородно по его объёму.

Рекомендуемая ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1970.

2. Фриш С.Э., Тимофеева А.В. Курс общей физики. Т.2.–М.: Физматгиз, 1962.

3. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л.Гольдина. – М.: Наука, 1973.

4. Практикум по общей физике. Под ред. проф. В.Ф.Ноздрева. – М.: Просвещение, 1971.

5. Савельев И.В. Курс физики, т.II, Электричество. – М.: Наука, 1973.

6. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983.

7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество. – М.: Наука, 1983.

физический практикум

«электричество и магнетизм» часть 2

Учебно-методические рекомендации

для студентов физического факультета

Михеев Владимир Александрович

Монтанари Сергей Георгиевич

Дубов Владимир Петрович

Печать офсетная

Подписано в печать _________________ Заказ №_____________

Объем __________ п.л. Тираж _________________ экз.

Издательство Тюменского государственного университета