Лабораторна робота № 34

ВИВЧЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ КОРОТКОГО

СОЛЕНОЇДА

Мета роботи

• виміряти величину напруженості магнітного поля короткого соленоїда на його осі за допомогою котушки,

• розрахувати теоретичне значення напруженості магнітного поля на осі короткого соленоїда,

• порівняти результати експерименту та теорії.

Прилади та обладнання

• короткий соленоїд,

• вимірювальна котушка,

• балістичний гальванометр,

• міліамперметр,

• блок живлення .

Коротка теорія.

І.Магнітне поле короткого соленоїда з точки зору закону Біо-Савара-Лапласа вичерпно розглянуто в Додатку (§ 6). Основним результатом є вираз для напруженості магнітного поля на осі соленоїда, як функції відстані х від центру соленоїда. Цей вираз такий

, (1)

де І - сила струму, що протікає по обмотці соленоїда, L – довжина соленоїда, n – лінійна густина витків, х – координата точки спостереження відносно центру соленоїда, кути ₁ та ₂ представлені на Мал.1, причому

(2)

Радіус соленоїда – R.

ІІ.Напруженість магнітного поля уздовж осі короткого соленоїда експериментально визначають за допомогою вимірювальної котушки, підключеної до балістичного гальванометра.

Схема вимірювальної установки показана на Мал.2, де ВК-вимірювальна котушка, підключена до балістичного гальванометра Г; K - кнопка з'єднання ланцюга соленоїда; Е - джерело живлення; О - початок відліку осі ОХ. Напруженість магнітного поля вимірюють наступний чином. Балістичний гальванометр Г (див.Вступ) підключається до вимірювальної котушки ВК. Магнітний потік, що пронизує котушку ВК при максимальному струмові у соленоїді дорівнює

, (3)

д е S₂ - поперечний переріз котушки ВК. N₂ - число витків котушки ВК.

Очевидно, що при вмиканні ( початковий струм і потік ) або вимиканні (кінцевий струм і потік ) кнопки К зміна магнітного потоку ΔФ, що пронизує вимірювальну котушку, дорівнює максимальному значенню магнітного потоку . Відомо, що всяка зміна магнітного потоку приводить до виникнення в замкнутому електричному колі індукційного струму. Заряд q, що пройшов у колі вимірювальної котушки через балістичний гальванометр після замикання чи після розмикання ключа К, дорівнює:

, (4)

де R₂ - загальний опір кола вимірювальної котушки.

Заряд q, що пройшов через балістичний гальванометр пропорційний відхиленню стрілки 

, (4)

де С_q - балістична стала гальванометра. З формул (4) і (5) одержимо остаточний вираз для напруженості магнітного поля соленоїда

(6)

Хід виконання лабораторної роботи

1.Експериментальна установка представлена на фото. Вона має 1-3 лінійку з вимірювальною котушкою, 2- соленоїд, 4 - кнопка замикання, 5 - джерело живлення, 6 - амперметр, 7- балістичний гальванометр. Ознайомившись з експериментальною установкою і підключивши вимірювальну котушку К до балістичного гальванометра, приступити до виконання роботи. Установити на панелі джерела певну силу струму І соленоїда. Перший вимір проводити для точкки поля з координатою х=0, тобто в центрі соленоїда.

Вимірити величину кута відхилення стрілки балістичного гальванометра при замиканні та розмиканні ланцюга кнопкою К. Знайти середнє значення кута і занести до Таблиці. Надалі провести вимірювання в точках праворуч та ліворуч центра соленоїда О, що відстоять одна від другої на 1 см в межах довжини соленоїда. Результати вимірювання і величини параметрів установки, що представленні на стенді L, S₂, N_2, R₂, C_q занести до Таблиці.

Методика обробки результатів вимірів

1. За формулою (6) і даними Таблиці для розрахуйте експериментальне значення і значення занесіть їх до Таблиці.

2. За формулами (1-2) розрахуйте теоретичне значення і занесіть їх до Таблиці.

3. Для порівняння одержаних результатів побудуйте гістограми для і .

4. Зрробіть висновки.

Контрольні питання

1. Записати та розказати зміст закону Біо-Савара-Лапласа.

2. Розрахуйте напруженість магнітного поля короткого соленоїда?

3. Що називається магнітним потоком?

4. Записати та дати тлумачення закону електромагнітної індукції Фарадея. Вивести із нього формулу (6).

5. Опишіть метод експериментального виміру напруженості магнітного поля за допомогою балістичного гальванометра.

2