Описание установки

Установка состоит из двух последовательно соединенных соленоидов L₀ (рис.14.1), в зазор между которыми вставлена измерительная плата ИП. На измерительной плате в виде колец различных диаметров намотано по десять витков тонкой проволоки. Таким образом, длина проводника, вдоль которого действует вихревое электрическое поле напряженностью E_(r), равна 2r · 10 и, соответственно, на концах его возникает напряжение:

. (14.7)

Это напряжение измеряется с помощью осциллографа ЭО. Источником тока для соленоида служит генератор ГИ импуль­сов специальной формы.

Рис.14.1. Принципиальная схема установки

Задание

1. Исследовать временную зависимость напряженности вихревого электрического поля от характера изменения магнитного поля. Для этих целей используется двухканальный осциллограф С1-83.

А. Подать пилообразный сигнал от генератора (см. рис.14.1) на клеммы соленоида и вход II осциллографа. Вход I осциллографа подключить к клеммам с кольца радиусом 15 мм. В этом случае входом II осциллографа будет измеряться напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля В внутри соленоида, а входом I — напряжение, пропорциональное напряженности вихревого электрического поля на расстоянии 15 см от оси соленоида.

Б. Получить на экране осциллографа устойчивые изображения сигналов по обоим входам.

В. Зарисовать на миллиметровке зависимость напряжения U(t) на концах проводника, вдоль которого действует вихревое электрическое поле. Напряжение U откладывать в милливольтах. На том же рисунке пунктиром изобразить зависимость индукции магнитного поля В_z в соленоиде от времени (поскольку измеряется величина, пропорциональная В_z, то масштаб В_z произволен).

Г. Аналогичные исследования выполнить и для синусоидального сигнала и построить соответствующие зависимости.

Д. Отразить в заключении степень согласия с теорией [см. формулу (14.4)].

2. Исследовать зависимость напряженности вихревого элек­трического поля от скорости изменения магнитного поля. (Для удобства дальнейших измерений сигнал на вход II осциллографа не подавать.)

А. Для пилообразного сигнала зарисовать (на одном и том же рисунке) зависимости для трех различных периодов: Т₁; Т₂ = 2Т₁; Т₃ = 3Т₁.

Б. Для синусоидального сигнала с помощью осциллографа произвести измерения амплитуды напряжения U_max для кольца радиусом r = 15 мм и десяти различных частот.

По формуле (14.7) определить значение амплитуды напряженности вихревого электрического поля Е_max для всех значений частоты . Построить график зависимости Е_max(). Сравнить характер этой зависимости с тем, что предсказывает теория [см. формулу (14.6)].

3. Исследовать зависимость напряженности вихревого электрического поля от расстояния до оси соленоида:

а) с помощью осциллографа произвести измерения амплитуды напряжения U_max для синусоидального сигнала на частоте  = 1000 Гц для всех семи колец измерительной платы; выполнить три серии измерений и найти средние значения U_max для каждого кольца;

б) вычислить амплитуды напряженности вихревого электрического поля Е_max по формуле (14.7) и построить график зависимости Е_max(r).