Л.р.201-250 / Л_Р_241

3

Лабораторна робота № 241

ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОЇДА

Мета роботи  дослідити магнітне поле соленоїда.

Прилади та обладнання: соленоїд; трансформатор; прилад для вимірювання робочого струму в соленоїді; мікротесламетр .

Теоретичні відомості

Соленоїд являє собою циліндричну котушку з великим числом витків. Якщо витки соленоїда щільно розташовані один біля одного, то соленоїд можна розглядати як систему послідовно з'єднаних кругових струмів однакового радіуса із загальною віссю. Індукція магнітного поля в будь-якій точці А на осі соленоїда чисельно дорівнює сумі індукцій магнітних полів, створюваних у цій точці всіма витками. Якщо число витків соленоїда на одиницю довжини дорівнює n, то число витків на малій ділянці буде dN=ndl і ця ділянка створює індукцію

(1)

Виразимо значення l, dl та через кут і радіус витка R . З рисунка 1:

, ,

Рисунок 1

Виходячи з цього, формула (1) запишеться у вигляді

=.

Для знаходження індукції магнітного поля останній вираз треба проінтегрувати у межах від до , де і  кути, під якими бачимо кінці соленоїда з точки А. Проінтегрувавши, одержимо:

В= (2)

Для довільно розташованої точки А, як видно з рис. 4, отримаємо

;

де L  довжина соленоїда;

h  відстань по осі від кінця соленоїда до точки А , можна прийняти як позитивні (за межами соленоїда), так і негативні значення (у середині соленоїда). Підставивши в (2) значення і у для немагнітних середовищ (= 1), отримаємо:

. (3)

За цією формулою при заданих параметрах соленоїда (L, n ,R) та значенні струму І в ньому можна обчислити значення В у будь-якій точці на осі соленоїда. При більшій довжині соленоїда (L>>R) другий член дорівнює одиниці, і тоді:

. (4)

На кінцях соленоїда (h=0) отримаємо значення В у 2 рази менше, ніж у середині його:

. (5)

Дані соленоїда:

довжина соленоїда: L= 0,53 м;

провід-мідь: =1.7 Ом.м. = 0.27м.

діаметр соленоїда: D= 0,064 м ( R= 0,032 м),

загальнa кількість витків: N = 1700;

кількість витків на одиницю довжини: n= 3200 м .

Порядок виконання роботи

1.Зібрати cхему живлення соленоїда (рис. 2). Соленоїд живиться від мережі 220 В через знижувальний трансформатор.

2. Включити в мережу мікротесламетр і трансформатор, що живить соленоїд. На передній панелі мікротесламетра ввімкнути клавіші "Мережа" і межу виміру "1000Тл". Відлік на межі "1000Тл" робиться по верхній шкалі, що має 100 поділок, із використанням ПІМ-11 (перетворювач індукційний магнітовимірювальний).

Рисунок 2

3. Поставити перемикач у положення 1 і виміряти силу струму в соленоїді I.

4. Виміряти B через кожні 10 мм від кінця соленоїда в середину (-h) і за межами його (+h). Місце відліку відстані  біла смужка на датчику ПІМ-11. Отримані данi записати в таблицю.

5. За формулою (4) при значенні струму в cоленоїді обчислити значення В для заданих величин h і занести в таблицю у графу .

6. Поставити перемикач блоку живлення соленоїда у положення 2 і виміряти силу струму в соленоїді .

7. Виконати пп. 4, 5 при силі струму .

8. Обчислити розходження експериментальних і теоретичних значень індукції магнітного поля .

9. На одному рисунку для двох значень струму , , побудувати графіки = та =. Порівняти їх.

10. Зробити висновок.

Таблиця

І, А	h, м В, Тл	0,015	0,010	0,005	0	0,005	0,010	0,015
, А
, А

Контрольні питання наведені в лабораторних роботах № 240,242.