лаби фізикаi / Готові лаби по фізиці / LABA3-& / Лабораторна робота №3-4

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Кафедра фізики

Лабораторна робота № 3 – 4

«Визначення напруженості магнітного поля на

осі соленоїда»

Виконав:

ст.гр.3СІ -08

Плеканчук А. О.

Перевірив:

Ющенко А.В.

Вінниця 2009

Мета роботи: набути навиків вимірювання напруженості магнітного поля в різних точках вздовж осі соленоїда.

Прилади та матеріали: соленоїд з вимірювальною котушкою; балістичний гальванометр; амперметр; реостат; вимикач.

Теоретичні відомості

Напруженість магнітного поля на осі соленоїда в загальному випадку визначається за формулою:

⁽¹⁾

де I – струм, що проходить по обмотці соленоїда;

n – кількість витків на одиницю довжини соленоїда;

₁ та ₂ – кути під якими з точки спостереження видно радіуси поблизу кінців соленоїда (рис.1).

Коли діаметр і довжина соленоїда сумірні то такий соленоїд називається коротким. Для короткого соленоїда напруженість Н магнітного поля максимальна на осі соленоїда. В решті точок величина Н менша.

Для довгого соленоїда ( коли R<<l ) ₁ 0 , ₂  і магнітне поле буде однорідним. Обчислимо напруженість магнітного поля для будь-якої точки на осі соленоїда.

З рис.1 видно, що

(2)

(3)

Тоді (4)

Величина n l = N – повне число витків. Отже,

(5)

Поле багатошарового соленоїда якісно має той самий характер, як і поле одношарового.

У даній роботі напруженість магнітного поля визначається за допомогою балістичного гальванометра. Схему установки наведено на рис. 2. Балістичний гальванометр приєднується до вимірювальної котушки W. При замиканні вимикача К напруженість магнітного поля на осі соленоїда зростає від нуля до значення Н.

Магнітний потік, який пронизує при цьому вимірювальну котушку:

(6)

де S і N₁ – площа поперечного перерізу і число витків вимірювальної котушки.

У колі котушки W виникає короткочасний індукційний струм і рамка гальванометра відхиляється на деякий кут . Зміщення світлового “зайчика” відраховується по шкалі гальванометра.

Кількість електрики q, що пройде через гальванометр,

(7)

де R_k- опір кола гальванометра, Ом. (Складається з опору котушки і опору гальванометра) .

(8)

З другого боку, кількість електрики q пропорційна величині зміщення покажчика балістичного гальванометра від положення рівноваги  :

(9)

де С_g – стала балістичного гальванометра (рівна ціні однієї поділки шкали балістичного гальванометра).

З формул (8) і (9) маємо:

(10)

Величини S, N₁, R, R_g, C_g, залишаються сталими при всіх вимірюваннях, тому введено позначення:

(11)

тоді

(12)

де С – балістична стала установки.

Після визначення сталої С установки можна визначити напруженість магнітного поля в будь-якій точці, розміщеній на осі соленоїда

(13)

де індекс х означає координату на осі соленоїда.

Порядок виконання роботи

1. Скласти схему згідно рис. 2.

2. Розмістити вимірювальну котушку W на осі соленоїда, що відповідає координаті х = 0, та встановити реостатом струм у колі соленоїда 1,0-1,5 А. (За точку відліку прийняти точку, яка розміщена в центрі соленоїда)

3. Розрахувати напруженість магнітного поля на осі соленоїда (центр соленоїда) за формулою (5).

4. Визначити  в момент замикання та розмикання і взяти середнє значення.

5. Користуючись формулою (11), визначити сталу С

6. Повторити вимірювання, зазначені в пп. 4,5, не менше як 3 рази та розрахувати середнє значення.

7. Провести вимірювання в точках соленоїда, розташованих одна від одної на відстані 1 см. від точки х=0 і до точки, яка співпадає з кінцем соленоїда.

8. Записати в таблицю .для кожної точки значенння _х та за формулою (13) розрахувати напруженість магнітного поля в цих точках.

9. Побудувати графік залежності Н_х від х. Початок координат сумістити з точкою в центрі соленоїда.

Соленоїд:

L=57 см

N=5130 витків

d=5,2 см

R=110 Ом

β=3,6∙10^-8 A/под.

Котушка:

L=1,1 см

d_к=3,7 см

d_n=0,07 мм

R=1,22 кОм

N=500 витків

S=1,278∙10^-3 м²

	а1	а2	а3	асернеднє
Замикання	15	14	13	14,17
Розмикання	16	13	14

см	аx , под.	Hx , А/м2
0	14,17	848,1
1	13	778,05
2	13	778,05
3	12,5	748,125
4	13,5	807,975
5	13,5	807,975
8	14	837,9
11	11,5	688,275
14	12	718,2
17	12	718,2
20	11,5	688,275
23	9,5	568,575
25	4,5	269,325

Висновок: У даній лабораторній роботі було виміряно напруженість магнітного поля в різних точках осі соленоїда. У ході експерименту було встановлено, що з віддаленням від центру осі соленоїда напруженість зменшується. Нерівномірність графіка пояснюється тим, що виникали численні похибки при вимірюванні.

Контрольні запитання

0. Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа.

1. Виведіть формулу для Н на осі колового витка і на осі соленоїда.