МВ 02070855-1223-2003

Мазур М.П., Чернов Б.О., Федоров О.Є., Кріцак Т.О., Бакума Т.Д., Зарін П.П., Сімків М.Є.

Фізика. (розділ „Магнетизм. Електромагнітні коливання та хвилі”). Лабораторний практикум., -Івано-Франківськ: “Факел”, -2003. 87 с.

Даний лабораторний практикум написаний згідно з програмою курсу фізики для студентів всіх спеціальностей і містить дев’ять лабораторних робіт з розділу „Магнетизм. Електромагнітні коливання та хвилі”.

До кожної роботи додається виклад теорії та вказана методика і послідовність виконання роботи. Значна увага приділяється практичному застосуванню відповідних фізичних явищ.

Може бути використаний студентами всіх спеціальностей.

Рецензент,

кандидат фіз.-мат. наук,

доцент Я.В. Солоничний

Нормоконтролер О.Г. Гургула

Коректор Н.Ф. Будуйкевич

Голова експертно-рецензійної

комісії університету І.В. Костриба

МВ 02070855-1223-2003

Мазур М.П., Чернов Б.О., Федоров О.Є., Кріцак Т.О., Бакума Т.Д., Зарін П.П., Сімків М.Є.

Фізика. (розділ „Магнетизм. Електромагнітні коливання та хвилі”). Лабораторний практикум., -Івано-Франківськ: “Факел”, -2003. 87 с.

Даний лабораторний практикум написаний згідно з програмою курсу фізики для студентів всіх спеціальностей і містить дев’ять лабораторних робіт з розділу „Магнетизм. Електромагнітні коливання та хвилі”.

До кожної роботи додається виклад теорії та вказана методика і послідовність виконання роботи. Значна увага приділяється практичному застосуванню відповідних фізичних явищ.

Може бути використаний студентами всіх спеціальностей.

Рецензент,

канд. фіз.-мат. наук,

доцент Я.В. Солоничний

Дане виданням – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражувати та розповсюджувати без відома авторів.

ЗМІСТ

Вступ 4

Лабораторна робота № 45

Визначення індукції магнітного поля за допомогою терезів Ампера 5

Лабораторна робота № 46

Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі13

Лабораторна робота №47.

Визначення питомого заряду електрона20

Лабораторна робота №49

Визначення точки Кюрі феромагнетиків29

Лабораторна робота № 50

Зняття петлі гістерезису феромагнетика за допомогою осцилографа37

Лабораторна робота № 53

Вивчення роботи релаксаційного генератора47

Лабораторна робота № 54

Визначення індуктивності соленоїда та ємності конденсатора методом вимірювання їх реактивних опорів у колі змінного струму57

Лабораторна робота № 55

Вивчення резонансу в електричному коливальному контурі68

Лабораторна робота № 60

Визначення довжини електромагнітної хвилі за допомогою двопровідної лінії76

Перелік використаних джерел 87

ВСТУП

Даний практикум узагальнює багаторічний досвід методики проведення лабораторних робіт з розділу „Електрика і магнетизм” з курсу „Фізика” в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу.

Розділ „Електрика і магнетизм” без перебільшення можна назвати одним із найважливіших розділів курсу фізики для підготовки майбутніх інженерів всіх спеціальностей.

Фізика – експериментальна наука, тому даний лабораторний практикум націлює студентів на те, щоб вони самі стали для себе першовідкривачами тих чи інших фізичних законів. Тому в практикумі значне місце відводиться принципу, ідеї фізичного експерименту. Студент повинен добре розуміти, навіщо досліджується дане фізичне явище, як його дослідити, як оформити результати проведених дослідів, та як оцінити похибки експерименту.

Даний лабораторний практикум може бути корисним і тим, що він в багатьох випадках націлює студентів ІФНТУНГ на практичне застосування відповідних явищ та законів електрики і магнетизму.

Лабораторна робота № 45 визначення індукції магнітного поля за допомогою терезів ампера

МЕТА РОБОТИ: ознайомитись з основними характеристиками і властивостями магнітного поля та на основі сили Ампера освоїти методику визначення індукції магнітного поля.

ПРИЛАДИ: терези Ампера, джерело струму, реостат, амперметр, постійний магніт.

1. Магнітне поле. Індукція магнітного поля . Силові лінії магнітного поля. Потік вектора індукції магнітного поля (магнітний потік).

З нерухомими електричними зарядами зв’язане електростатичне поле через яке і взаємодіють електричні заряди. Ця взаємодія описується законом Кулона. При відносному русі електричних зарядів появляється додаткова взаємодія, яка залежить від швидкості та напряму руху зарядів. Ця форма взаємодії отримала назву магнетизм, а поле ,яке здійснює таку взаємодію – магнітне поле.

Основні характеристики магнітного поля встановлюють по дії поля на контур (виток, рамку) зі струмом, що знаходиться в досліджуваному магнітному полі. Так, на контур зі струмом в магнітному полі діє момент сили М (контур може обертатись). Величина цього механічного моменту сили залежить від самого поля, орієнтації в ньому контура і пропорційна добутку сили струму І в контурі на його площу S. Тому доцільно ввести величину (45.1), яка називається магнітним моментомконтуру зі струмом.

(45.1)

Магнітний момент– вектор, напрям якого визначається за правилом свердлика (правий гвинт). В магнітному полі існує така орієнтація контуру при якій момент сили, що діє на контур зі струмом приймає максимальне значення. Відношення (45.2) максимального моменту силиМ_max, який діє зі сторони магнітного поля на вміщений в дане поле контур з струмом, до магнітного моменту контуру є силовою характеристикою поля і називаєтьсяіндукцією магнітного поля (позначається, формула 45.2).

(45.2)

Одиниця індукції 1 Тл (тесла, в честь американського інженера-електрика Н. Тесла). Як випливає з (54.2) 1Тл=1Hм/Ам²; тобто:

1 Тл індукція такого магнітного поля, в якому на контур з одиничним магнітним моментом (1 Ам²) діє максимальний механічний момент сили, рівний одиниці (1 Нм).

Індукція магнітного поля - векторна величина. Напрям вектора індукції магнітного поля визначається напрямом векторамагнітного моменту контуру зі струмом в положенні його стійкої рівноваги в магнітному полі.

Тобто, якщо дати можливість контуру зі струмом вільно обертатись в магнітному полі, то контур займе таке положення, при якому вектор магнітного моменту буде співпадати з вектором індукції даного магнітного поля.

Для графічного зображення магнітних полів застосовують метод силових ліній (ліній індукції). Силова лінія магнітного поля це така лінія, дотична до якої в кожній точці співпадає з вектором індукції поля.

Силові лінії магнітного поля замкнуті. Наприклад, силові лінії магнітного поля провідника зі струмом являють собою концентричні кола (рис. 45.2), напрям яких визначається за правилом свердлика (правий гвинт).

За допомогою силових ліній, по їх густоті можна визначити величину індукції магнітного поля. Для цього вводиться поняття потоку вектора індукції магнітного поля.

Так, якщо в однорідному магнітному полі індукцією В перпендикулярно до його силових ліній знаходиться плоский контур площею S (рис. 45.3), то величина (45.3) дає значення магнітного потоку через дану площу. При S = 1 м² Ф = В (чисельно), отже: через одиничну площадку орієнтовану перпендикулярно до силових ліній однорідного магнітного поля проводять таке число силових ліній, яке дорівнює індукції магнітного поля.

Магнітний потік вимірюється в Вб (вебер, 1 Вб = 1 Тлм²).

Ф=B·S (45.3)

Якщо контур орієнтований не перпендикулярно до силових ліній, то магнітний потік рівний (45.4), де  - кут між вектором індукції та нормаллю до поверхні контуру (рис. 45.4).

Ф=B Scos(45.4)

У випадку неоднорідного магнітного поля і контура довільної форми (рис.45.5) магнітний потік через таку поверхню рівний інтегральній сумі (45.5) елементарних потоківdФчерез елементарні поверхніdS, в межах яких поле можна вважати однорідним.

Якщо підрахувати магнітний потік через довільну замкнуту поверхню , то отримаємо вираз (45.6)

Дійсно, внаслідок замкнутості силових ліній магнітного поля число силових ліній, які входять в замкнуту поверхню , рівне числу силових ліній, які виходять з неї , і сумарний магнітний потік рівний нулю.

(45.5)

(45.6)

Вираз (45.6) є теоремою Гауса для магнітного поля і математично встановлює основну властивість всього магнетизму:

відсутні магнітні заряди, тобто немає частинок, які б окремо були північним або південним полюсом, немає частинок, з яких виходили або входили силові лінії магнітного поля.

В цьому полягає принципова різниця між електростатичним і магнітним полем. Нагадаємо, що “джерелом” електричного поля є електричні заряди і з них виходять або входять силові лінії електричного поля. Англійський фізик П. Дірак теоретично допустив існування особливих частинок, які назвалимонополі – частинки з одним магнітним полюсом. Але поки що магнітні монополі експериментально не виявлені.