- •Авторы: а.П.Мезенцев, а.С.Мустафаев, т.В.Стоянова, в.В.Фицак
- •ЭлектрОизмерительнЫе приборы
- •Контрольные вопросы
- •Работа 1. Изучение устройства и работы электронного осциллографа
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 2. Электромагнитные колебания в простом колебательном контуре
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 3. Изучение зеркального гальванометра магнитоэлектрической системы
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 4. Изучение магнитного поля тока
- •Общие сведения
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 5. Измерение напряженности магнитного поля на оси короткой катушки
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 8. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 9. Исследование электрической цепи источника постоянного тока
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работы 10. Определение коэффициента взаимной индукции двух соленоидов
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа 11. Изучение свойств ферромагнетика с помощью осциллографа
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
Порядок выполнения работы
1. Подготовить прибор к измерениям. На лицевой панели микровеберметра нажать кнопку «Сеть». Нажатием соответствующей кнопки установить предел измерения «I mWb». Кнопка «Калибровка» должна быть отжата. Нажать и отпустить кнопку «Пуск». На индикаторном табло при этом должны высветиться нули и знак плюс или минус.
2. Подготовить для записи измерений следующую таблицу:
z, м |
I1, мА |
I2, мА |
||||||||||
Ф1, мВб |
Ф2, мВб |
Ф3, мВб |
, мВб |
,А/м |
, А/м |
Ф1, мВб |
Ф2, мВб |
Ф3, мВб |
, мВб |
, А/м |
, А/м |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
||||||||||||
… |
||||||||||||
0,24 |
3. Произвести измерения.
4. Обработать результаты измерений. Вычислить среднее значение магнитного потока в данной точке оси
и рассчитать среднюю напряженность магнитного поля в данной точке оси
.
Пользуясь данными таблицы, построить графики зависимости для двух значений токов (I1 и I2).
Вычислить погрешность магнитного потока, измеренного в данной точке оси,
.
Абсолютную погрешность напряженности магнитного поля определить методом максимальной ошибки:
.
5. Окончательный результат представить в виде .
6. Сравнить экспериментальный результат с напряженностью поля в тех же точках на оси катушки, рассчитанной по формуле (2), где R – радиус катушки L1, R = 0,08 м; N – число витков катушки L1, N = 800.
7. По полученным данным Нтеор построить график Нтеор = f(z).
Содержание отчета
1. Формулировка цели работы.
2. Описание метода измерения, экспериментальные данные, расчетные формулы.
3. Пример расчета Нтеор и оценка погрешности полученных результатов.
4. Графики зависимостей и для токов I1 и I2.
Контрольные вопросы
1. Как определяется величина и направление вектора магнитной индукции и напряженности поля короткой катушки в произвольной точке пространства?
2. Как расчитать магнитные поля токов, пользуясь законом Био-Савара – Лапласа?
3. Как измеряется напряженность магнитного поля в данной работе?
4. От чего зависит ток, возникающий в датчике измерительной катушки L2?
Работа 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ПОМОЩИ
ЗЕМНОГО ИНДУКТОРА
Цель работы – измерить горизонтальную и вертикальную составляющие вектора напряженности магнитного поля Земли и сопоставить полученные результаты со справочными данными о величине напряженности магнитного поля Земли на широте Санкт-Петербурга.
Общие сведения
Известно, что магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами. В первом приближении магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно рассматривать как поле шара, ось намагниченности которого отклонена от оси вращения Земли приблизительно на 11,5. Напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору со «скоростью» 3455 А/м. Существование геомагнитного поля объясняется наличием электрических токов в ядре Земли.
Магнитная стрелка, способная свободно вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, установится по направлению вектора напряженности магнитного поля Земли, т.е. по касательной к силовой линии магнитного поля. В любой точке М земной поверхности задан вектор напряженности магнитного поля Земли. Вертикальная плоскость, проведенная через этот вектор, называется плоскостью магнитного меридиана в данной точке земной поверхности (рис.1): через точку М земной поверхности проходит магнитный меридиан KL, плоскость магнитного меридиана Р и горизонтальная плоскость N. Вектор напряженности магнитного поля в точке М можно разложить на горизонтальную ( ) и вертикальную ( ) составляющие в плоскости магнитного меридиана P.
Измерения и удобно проводить с помощью земного индуктора (рис.2), представляющего собой плоскую катушку, на которую в несколько слоев намотана проволока, концы которой присоединены к зажимам баллистического гальванометра G. Индуктор закреплен в кардановом подвесе, позволяющем вращать его вокруг вертикальной и горизонтальной осей.
,
где H – напряженность магнитного поля Земли; S – площадь катушки; – магнитная проницаемость среды, = 1; 0 – магнитная постоянная; – угол между нормалью к контуру и вектором
При повороте индуктора поток магнитной индукции будет меняться и в обмотке индуктора по закону Фарадея возникнет ЭДС индукции , где – потокосцепление катушки индуктора.
.
Баллистический гальванометр устроен так, что его баллистический отброс d (максимальное отклонение светового «зайчика») пропорционален заряду q, т.е. q = сd, где с – постоянная баллистического гальванометра по заряду.
Электрический заряд q, прошедший по цепи катушки, а следовательно, и через баллистический гальванометр,
.
Таким образом, можно записать
, (1)
где c0 cR – постоянная гальванометра по магнитному потоку, определяемая экспериментально.
При повороте катушки вокруг вертикальной оси на 90 ее потокосцепление меняется от до . Следовательно, изменение магнитного потока, сцепленного с катушкой, при повороте ее на 90
. (2)
Приравняв выражения (1) и (2), получим
и . (3)
Аналогично определяется вертикальная составляющая магнитного поля Земли Hв при вращении индуктора вокруг горизонтальной оси.