IV. Порядок выполнения работы
Работа выполняется по вариантам согласно указанию преподавателя. Всего предусмотрено два варианта по два задания. Частота выбирается из диапазона 200 Гц – 3 кГц по указанию преподавателя.
ВАРИАНТ А.
Задание А1. Исследование магнитного поля короткой катушки.
У
становить на длинный рельс короткую катушку Б на отметке 300 мм. Собрать схему согласно рис.13.
Рисунок
13 – Схема измерений к заданию А1Подготовить генератор к работе:
подключить кабель к выходу генератора OUTPUT;
в секции FrequencyAdjustнажать клавишу 100;
в секции Waveнажать клавишу «синусоида»;
ручки SYMM / PULLиOFFSET / PULLв крайнее положение против часовой стрелки (если ручки поданы немного вперед – нажать их);
ручку AMPL / INVERSE(регулировка амплитуды) в крайнее положение против часовой стрелки.
Включить генератор клавишей OFF/ONи ручкойFREQ.ADJвыставить заданную частоту. Подать напряжение с резистора R1 на вход X (CH1) осциллографа (см.рис.13); на генераторе ручкойAMPL / INVERSEустановить максимальную амплитуду, при которой синусоидальный сигнал еще не искажается;при измерениях амплитуду не изменять.
Катушку эталонного датчика поставить в положение 0 по шкале углов, ось катушки установить горизонтально. Установить эталонный датчик так, чтобы его катушка была в центре катушки Б. Записать координату метки на рейтере датчика x0.
Подключить выход эталонного датчика к каналу Y(CH2) осциллографа. Включить осциллограф кнопкой на верхней панели и дождаться завершения загрузки. Нажать клавишуDEFAULTSETUP(установка по умолчанию), затем нажатьAUTO(автонастройка); после этого на экране должен появиться синусоидальный сигнал. Нажатием малых ручек на панелиVERTICALустановить нулевое смещение осциллограмм по вертикали. Нажать клавишуCH1 на панелиVERTICAL, при этом ее подсветка должна погаснуть, а на экране сигнал с каналаX(CH1) отображаться не будет.
Большой ручкой канала CH2 на панелиVERTICALустановить масштаб напряжения, так, чтобы амплитуда была не менее трех клеток. Определить величину ΔU с помощью курсорных измерений:
на осциллографе в секции MENUнажать клавишуCURSORS;
с помощью вертикального ряда синих кнопок справа от экрана:
установить Режим – Ручной;
выбрать Тип – Напряж.;
выбрать Источник – CH2;
нажать Cur A
,
затем ручкой
сверху справа от экрана подвести
курсорAк нижнему краю
синусоиды;нажать Cur B
и ручкой
подвести курсорBк
верхнему краю синусоиды. При этом на
экране в верхнем левом углу будут
отображаться уровни напряжения,
отмеченные курсорами, и разность этих
уровней ΔV.
Записать результат измерения в таблицу 1. Затем, передвигая датчик влево с шагом 10 мм, провести измерение размаха напряжения ΔUи координатыxдля еще 6 положений датчика. Результаты записывать в таблицу 1.
Таблица 1.
x0 =
Смещение влево.
|
№ п/п |
x, мм |
x – x0, мм |
ΔU, мВ |
Bm, мТл |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
Для смещения вправо выполнить аналогичную таблицу на следующем развороте лабораторного журнала, при этом также выполнить 6 измерений от (x0 + 10 мм).
Рассчитать значение Bmпо формуле (7); построить график зависимостиBm (x – x0).
Задание А2. Исследование магнитного поля катушек Гельмгольца, включенных последовательно и встречно.
У
становить на длинном рельсе катушки А и Б на отметках 300 мм и 350 мм.
Рисунок
14 – Схема измерений к заданию А2 (на
схеме катушки включены последовательно)Собрать схему согласно рис.14.
Установить катушку эталонного датчика в середине между катушками А и Б, записать координату x0метки на рейтере датчика.
Провести измерения и расчеты согласно пп.5-8 задания А1; при этом сделать от x0по 6 отсчетов в каждую сторону. Результаты измерений и расчетов записывать в таблицу 2.
Включить катушки встречно, для чего поменять местами провода на одной из катушек. Провести измерения и построить график аналогично пп.3-4.
Таблица 2.
x0 =
Смещение влево.
|
№ п/п |
x, мм |
x – x0, мм |
ΔU, мВ |
Bm, мТл |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
Для смещения вправо выполнить аналогичную таблицу на следующем развороте лабораторного журнала.
По результатам измерений построить график Bm(x – x0).
ВАРИАНТ Б.
Задание Б1. Магнитное поле длинного соленоида.
Собрать схему согласно рис.15.
Подготовить приборы к работе согласно пп.2-3 задания А1.
Установить катушку эталонного датчика в центре соленоида (длина соленоида 120 мм) и записать значение координаты x0метки на рейтере датчика.
П
ровести измерения и расчеты согласно пп. 5-8 задания А1, при этом сделать отx0по 6 отсчетов в каждую сторону; результаты записывать в таблицу 3.
Рисунок
15 – Схема измерений к заданию Б1
Таблица 3.
x0 =
Смещение влево.
|
№ п/п |
x, мм |
x – x0, мм |
ΔU, мВ |
Bm, мТл |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
Для смещения вправо выполнить аналогичную таблицу на следующем развороте лабораторного журнала.
По результатам измерений построить график Bm(x – x0).
Задание Б2. Магнитное поле дух соленоидов, включенных последовательно и встречно.
С
обрать схему согласно рис.16.
Рисунок
16 – Схема измерений к заданию Б2Установить датчик посередине между соленоидами. Записать значение координаты x0метки на рейтере датчика.
Провести измерения согласно пп. 5-8 задания А1, при этом принять шаг координаты 20 мм и сделать от x0по 8 отсчетов в каждую сторону; результаты записывать в таблицу 4.
Таблица 4.
x0 =
Смещение влево.
|
№ п/п |
x, мм |
x – x0, мм |
ΔU, мВ |
Bm, мТл |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
Для смещения вправо выполнить аналогичную таблицу на следующем развороте лабораторного журнала.
По результатам измерений построить график Bm(x – x0).
Контрольные вопросы.
Магнитное поле. Силовая характеристика магнитного поля. Закон Био – Савара – Лапласа.
Магнитное поле бесконечного прямого проводника с током.
Магнитное поле контура с током, короткой катушки.
Катушки Гельмгольца. Какие магнитные поля можно получить с помощью катушек Гельмгольца?
Магнитное поле длинного соленоида.
Закон электромагнитной индукции.
Методика измерения магнитного поля с помощью индукционного датчика.