Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2ЧАСТЬлабЭлектромагнетизм.doc
Скачиваний:
64
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
8.88 Mб
Скачать

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: секционный соленоид (4 секции), измерительная катушка, линейка, блок питания, реостат, амперметр, цифровой милливольтметр, панель переключения.

Методика измерений

Для измерения магнитной индукции поля, созданного соленоидом, в данной работе используется явление электромагнитной индукции. По обмотке соленоида течёт переменный ток частотой ν=50 Гц и амплитудой I0:

, (10.13)

создающий, в свою очередь, переменное магнитное поле с индукцией:

, (10.14)

где амплитудное значение магнитной индукции равно:

. (10.15)

Измерительная катушка площадью , имеющая N0 витков, помещается внутрь соленоида соосно с ним. Магнитный поток, пронизывающий измерительную катушку, также будет переменным:

. (10.16)

Для вычисления ЭДС индукции, возникающей в измерительной катушке, применим закон Фарадея для электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине и противоположна по знаку быстроте изменения магнитного потока через этот контур:

. (10.17)

Таким образом, из (10.14÷10.17) получим:

, (10.18)

причем амплитудное значение ЭДС индукции равно:

. (10.19)

Приборы измеряют эффективные значения напряжения и тока:

; ,

поэтому из (10.19), получим:

, (10.20)

тогда амплитудное значение индукции поля равно

. (10.21)

Экспериментальная установка

Основной частью установки является соленоид, состоящий из 4 секций (С1÷С4), каждую из которых можно подключать отдельно или в любом сочетании с помощью контактов К1÷К5 на панели переключений к источнику переменного напряжения Т (трансформатору) через ограничительное сопротивление (реостат) R (рис.10.5). Число витков секций равно соответственно:

N1=93, N2=39, N3=87, N4=30.

Внешний диаметр соленоидаD=82 мм. Измерительная катушка диаметром d0=66 мм имеет две обмотки из N0=20 и N0=60 витков соответственно. Переключением контактов A, Б, В, Г на панели эти обмотки можно включать последовательно так, что магнитные потоки, создаваемые в них, либо складываются (N0=80), либо вычитаются (N0=40). Амперметр А служит для измерения силы тока в обмотке соленоида. ЭДС индукции, возникающую в измерительной катушке, показывает цифровой милливольтметр mV.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Проверка принципа суперпозиции.

  1. Установите на блоке питания напряжение 24 В. Включите установку в сеть.

  2. Установите линейку Л в положение «7 см» (линейка почти полностью выведена из соленоида).

  3. Включите первую секцию соленоида (С1). Для этого на панели переключения вставьте штекеры в гнёзда «1» и «2».

  4. На измерительной катушке подключите N0=60 витков. Для этого вставьте штекеры в гнёзда «В» и «Г».

  5. Запишите показания милливольтметра U1 в табл. 10.1.

  6. Сдвигая линейку с измерительной катушкой по оси соленоида через 2 см, каждый раз записывайте показания милливольтметра.

  7. Включите вторую секцию соленоида (С2), для этого штекеры на панели переключений вставьте в гнёзда «2» и «3».

  8. Передвигая линейку в через 2 см, записывайте показания милливольтметра в табл.10.1.

  9. Повторите измерения U3 по пункту 8 для секции С3 (штекеры в гнёздах «3» и «4»).

  10. Подключите две секции вместе: С2 и С3. Для этого вставьте штекеры в гнёзда «2» и «4». Измерьте U23 по п.8.

  11. Подключите три секции: С1, С2 и С3 (штекеры в гнёздах «1» и «4»), измерьте U123 по п.8. Выключите установку.

  12. Рассчитайте суммы и, занесите все результаты в табл.10.1.

  13. Постройте графики зависимости U1=f(x), U2=f(x), U3=f(x), U23=f(x), U123=f(x), а также U23теор=f(x) и U123теор=f(x) в одних и тех же осях. Проверьте по графикам, что экспериментальные значения совпадают с соответствующими теоретическими. Сделайте выводы.

Таблица 10.1

N0=60 (гнёзда «В» и «Г»); сила тока I=…..А

x, см

U1,

мВ

U2,

мВ

U3,

мВ

U23,

мВ

U23теор,

мВ

U123,

мВ

U123теор,

мВ

Подключены

секции

С1

С2

С3

С2 и С3

С1, С2 и С3

Положение

штекеров

в гнёздах

1, 2

2, 3

3, 4

2, 4

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

0

27

0

29

0

0

31

0

0

33

0

0

Задание 2. Измерение зависимости напряжения на измерительной катушке от числа витков на ней.

  1. Подключите у соленоида вторую секцию (С2, гнёзда 2 и 3, число витков N2=39). Измерьте длину секции l; запишите в табл.10.2

  2. Установите измерительную катушку на середину секции С2 (xС=16 см).

  3. Подключите на измерительной катушке N0=20 витков, для чего штекеры установите в гнёзда «А» и «Б».

  4. Включите установку; запишите в табл.10.2 силу тока I.

  5. Запишите в таблицу 10.3 показания милливольтметра U.

  6. Повторите измерения при 40, 60 и 80 витках. Соответствующие положения штекеров указаны в табл.10.2. Выключите установку.

Таблица 10.2

Секция С2, гнёзда 2 и 3; число витков N=39; xС=16 см;

длина секции l= ….м; сила тока I=…..А

Положение штекеров

в гнёздах

N0

U,

мВ

BC эксп.,

мТл

BC ср.,

мТл

ΔBC ср.,

мТл

BC теор.,

мТл

,

мТл

А, Б

(перемычки нет)

20

А, Г

(В и Б соединить перемычкой)

40

В, Г

(перемычки нет)

60

Б, Г

(А и В соединить

перемычкой)

80

  1. Для каждого измерения найдите экспериментальное значение амплитуды индукции магнитного поля в середине секции по формуле (10.21):

. (10.21)

  1. Рассчитайте среднее значение BC ср. и погрешность ΔBC; все величины запишите в таблицу 10.2.

  2. В формулу (10.9) вместо I следует подставить амплитудное значение тока , тогда получим амплитудное значение магнитной индукции (10.9а). Рассчитайте теоретическое значение индукции в середине секции по этой формуле; запишите в таблицу 10.2.

. (10.9а)

  1. Сравните и с теоретическим значением (10.8а) для бесконечно длинного соленоида:

. (10.8а)

  1. Сделайте выводы.

Задание 3. Измерение и расчёт индукции магнитного поля короткой катушки.

  1. Подключите у соленоида третью секцию (С3, гнёзда 3 и 4, число витков N3=87). Измерьте длину третьей секции l; запишите в табл.10.3

  2. Подключите на измерительной катушке N0=60 витков, для чего штекеры установите в гнёзда «В» и «Г»; перемычки нет.

  3. Установите измерительную катушку на середину секции (xС =25,5 см).

  4. Включите установку; запишите в табл.10.3 силу тока I.

  5. Запишите в таблицу 10.3 показания милливольтметра UС.

  6. Установите измерительную катушку на левом торце третьей секции, рассчитав положение х линейки по формуле: .

  7. Запишите показания вольтметра Uлев. в табл.10.3.

  8. Аналогично повторите измерения по пунктам 6 и 7 для правого торца той же секции: ; запишитеUпр..

  9. Значения Uлев. и Uпр. должны быть близки. Рассчитайте их среднее арифметическое Uср. и, используя это значение, по формуле (10.21) рассчитайте экспериментальное значение амплитуды индукции . магнитного поля на торце короткой катушки, запишите полученное значение в таблицу 10.3.

. (10.21)

Таблица 10.3

I, А

l,

м

N

N0

x, м

U , мВ

Uср.,

мВ

,

мТл

,

мТл

,

мТл

87

60

Uлев=.

Uпр.=

  1. Рассчитайте теоретическое значение индукции на торце короткой катушки по формуле (10.9б); запишите в таблицу 10.3, сравните с экспериментальным.

. (10.9б)

  1. Сравните и с теоретическим значением (10.22) у основания длинного соленоида:

. (10.22)

  1. Передвиньте линейку в крайнее левое положение, отключите установку от сети.

  2. Сделайте выводы.