Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / II семестр / Лабораторная работа № 12

2

Лабораторная работа № 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

Цель работы: ознакомление с принципом работы измерительного генератора и изучение с его помощью магнитного поля.

1. Введение

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной

определить экспериментально с помощью явления электромагнитной индукции. Если в исследуемое постоянное магнитное поле поместить маленькую катушку, состоящую из N витков проволоки, то при вращении катушки в ней индуцируется переменная ЭДС, мгновенная величина которой определяется законом Фарадея

Размер витка выбирают таким, чтобы в его пределах магнитное поле можно было

поворота катушки за время t при равномерном вращении связан с угловой скоростью ω (или периодом вращения Т) соотношением

Выражение emax = 2 NBS/T является амплитудой наведённой в катушке ЭДС. График зависимости ЭДС индукции от t приведён на РИС. 1. Если замкнуть концы вращающейся катушки, то в образованной таким образом цепи появится индукционный ток, изменяющийся по закону

где R – сопротивление цепи катушки.

3

e

emax

t

T

Рис. 1

Следовательно, при постоянной скорости вращения катушки в её цепи индуцируется ток I, амплитудное значение которого пропорционально модулю магнитной индукции В.

2. Описание установки и метода измерений

В работе исследуется магнитное поле, созданное двумя короткими катушками L1 и L2, последовательно соединёнными между собой (РИС. 2). Плоскости витков обеих катушек расположены вертикально параллельно друг другу. По катушкам L1 и

L2 протекает ток i, источником которого служит блок питания БП. Измерение тока i производят с помощью амперметра A. Измерительный генератор, применяемый в работе, состоит из маленькой катушки К (РИС. 2), насаженной на удлиненную ось мотора. Мотор М приводится во вращение переменным током частотой ν = 50 Гц. Такую же частоту вращения имеет и катушка К.

O1

мкА

L2

БП

Рис. 2

С целью выпрямления индуцирован ной ЭДС (РИС. 1) концы катушки подводят к коллектору, который представляет собой два изолированных друг от друга полу-

4

цилиндра, вращающихся вместе с катушкой. Плоскость разреза полуцилиндров перпендикулярна плоскости витков (РИС. 2). Оба полуцилиндра непрерывно касаются двух неподвижно закрепленных контактов (щёток). В моменты, когда ЭДС близка к нулю (α = π, 2π, Зπ и т. д.), т. е. когда вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости витков катушки К, щётки переходят с одного полуцилиндра на другой и тем самым переключают полярность сигнала. Ток в цепи катушки К становится постоянным по направлению, оставаясь переменным по модулю (РИС. 3). Возникающие в измерительном генераторе токи малы и могут быть измерены чувствительным микроамперметром мкА магнитоэлектрической системы (РИС. 2). Этот прибор вследствие инерции его подвижной системы не может регистрировать мгновенное значение тока, а показывает некоторое среднее его

значение I0 Величину I0 можно связать с величиной Imax, пользуясь соотношени-

R цепи измерительного генератора складывается из сопротивлений микроамперметра Ra и катушки Rк, то окончательная формула для расчёта В будет иметь вид

Для изучения зависимости В от расстояния d внутри катушек L1 и L2 закреплены две горизонтальные линейки с миллиметровой шкалой. Начала отсчёта О обеих

линеек совпадают. Линейка ОО1 расположена вдоль оси катушек L1 и L2, линейка ОО2 перпендикулярна оси катушек (РИС. 2) Перемещая измерительный генератор

К вдоль этих линеек измеряют I0 для каждого его положения d, где d – расстояние от начала отсчёта O до риски на катушке К, совпадающей с её центром. На основании измерений строят графики зависимости В(d).

5

3. Порядок выполнения работы

1. Собирают цепь катушек L1, L2 и цепь измерительного генератора К согласно

РИС. 2.

2.Включают ток i в цепи катушек L1, L2 и в дальнейшем поддерживают его постоянным. Регулировку тока производят ручкой на панели блока питания БП. Значение тока i указано на установке.

3.Помещают измерительную катушку К так, чтобы риска, отмеченная на ней, оказалась в начале отсчёта О линеек. Нажатием кнопки включают мотор и изме-

ряют по микроамперметру I0 при d = 0.

4. Передвигая катушку К вдоль оси ОО1 измеряют показания микроамперметра I0 для разных d. Измерения производят через каждый сантиметр. При всех измере-

ниях вдоль оси OО1 (OО2) измерительную катушку следует располагать так, чтобы

5. Повторяют те же измерения, перемещая катушку К вдоль оси ОО2. Так как вдоль этой оси магнитное поле изменяет направление, то необходимо изменить направление тока через микроамперметр. Для этой цели на его панели установлен переключатель.

4. Обработка результатов измерений

ν = …; Ra = …; Rк = …; N = …; S = …

Таблица 1

1.Рассчитывают модуль магнитной индукции B в различных точках осей ОО1 и ОО2 для каждого d по формуле (7).

2.Строят графики B = f(d) для обеих осей.

и записывают окончательный результат.

Дополнительное задание

Для фиксированного значения d изучить зависимость В от тока в катушках L1 и L2; построить график B = f(i).

5. Контрольные вопросы

1.Дать определение вектора магнитной индукции В . Индукция какого поля изучается в данной работе?