Задание для уирс магнитное поле колец гельмгольца

Небольшое практически однородное магнитное поле можно получить с помощью двух кольцевых катушек с током, расположенных на одной оси в параллельных плоскостях на расстоянии радиуса кольца Rдруг от друга (рис.3).

Если ток в катушках идет в одном направлении, то значения индукции полей колец складываются. В центре системы убывание поля одной катушки компенсирует возрастание поля другой, поэтому между катушками образуется область с приблизительно однородным полем (см. график на рис.3). Индукцию магнитного поля одной катушки в вакууме на расстоянии от ее центра по оси можно рассчитать по формуле, которая выводится с использованием закона Био-Савара-Лапласа, где N - число витков в одной катушке; I - сила тока в витке.

Если учесть, что в центре системы x  R/2, то, складываяиндукции полей обеих катушек, можно получить следующую формулу для расчета индукции магнитного поляB в этой точке (здесь₀ = 410^-7Гн/м):

B  ₀  0,716  8,9910^-7(Тл) . (4)

3. И з м е р е н и е и н д у к ц и и м а г н и т н о г о п о л я к о л е ц Г е л ь м г о л ь ц а:

1) Установите некоторое значение силы токаI₀в цепи электромагнита и получив сигнал ЯМР, измерьте частоту f, после чего определите величину индукции Bмагнитного поля электромагнита;

2) Включите питание цепи колец Гельмгольца и измерьте силу тока I, идущего через них;

3) Получитесигнал ЯМР, измерьте частотуf₁ и определите величину индукции магнитного поля B₁,создаваемого электромагнитом и кольцами Гельмгольца;

4) Рассчитайте индукцию магнитного поляВ_К колец Гельмгольца по формуле

В_К  С(В₁ В), (5)

Появление поправочного коэффициента С в формуле (5) обусловле-

27

но тем, что в результате дополнительного намагничивания сердечника электромагинта полем самих колец Гельмгольца, индукция поля, создаваемого электромагнитом, оказывается выше, чем в случае, когда колец не было бы. Значения коэффициента С для разных значений В указаны в таблице, размещённой непосредственно на установке;

5) Измените силу тока в кольцах Гельмгольца, после чего вновь проведите измерения индукции их магнитного поляВ_К(см. пп. 1-4);

6) Повторите измерения В_К ещё для нескольких значений тока в кольцевых катушках Г. Результаты занесите в табл. 3.

Таблица 3

№ I₀, A f, кГц B,ТлI,А f, кГцB₁, Тл, В_К, Тл В_КТ, Тл

1

2

...

N = ...... R = ......

7) По известным значениямNиR(указаны на установке) с помощью формулы (4) для всех измеренных значений силы тока рассчитайте значения индукции В_КТполя кольцевых катушек;

8) Постройте график зависимости индукции магнитного поля колец Гельмгольца от силы тока I.На графике теоретические значения индукции изобразите в виде сплошной кривой, экспериментальные -в виде точек. Примерный вид графика изображён на рис.4.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

1. Что называется ядерным гиромагнитным отношением?

2. Какие вещества называются диамагнитными?

3. Каким образом явление прецессии проявляется в случае ЯМР?

4. В чем заключается явление ядерного магнитного резонанса?

5. На какие классы делятся вещества по их магнитным свойствам? Какие из них являются сильномагнитными, а какие слабомагнитными?

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1. СавельевИ.В. Курс физики. - М., 1982.-Т. З.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. - М.:Высш. Шк., 1977. - Т. З.

28