Контрольні запитання

1. Що треба розуміти під горизонтальною складовою магнітного поля? Як змінюється за величиною горизонтальна складова при переході від екватора до полюса?

2. У чому полягає метод визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі в даній роботі?

3. Як знайти величину і напрямок напруженості магнітного поля колового струму в його центрі?

4. Чи буде змінюватися величина Н₀ у даному місці Землі від зміни сили струму в тангенс-гальванометрі?

5. Які одиниці вимірювання напруженості магнітного поля в СІ?

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.

Лабораторне заняття № 15

Тема: Визначення індуктивності соленоїда методом Жубера.

Мета роботи: вивчення закону Ома для кіл змінного струму; ознайомитись з методом вимірювання індуктивності соленоїда.

Прилади та обладнання: котушка індуктивності з трьома секціями на 1200, 2400 та 3600 витків, амперметр Э-59, вольтметр Э -59, вольтметр М 109/1, джерело струму ВС-24.

Теоретичні відомості.

Відповідно до закону Біо-Савара-Лапласа електричний струм в контурі створює магнітне поле, індукція В якого пропорційна силі струму. І. Тому магнітний потік Ф прямо пропорційний струму І:

Ф = LІ (1)

Коефіцієнт пропорційності L між Ф та І називається індуктивністю поля. За одиницю індуктивності в СІ приймається Генрі. Один Генрі – це індуктивність такого контуру, в якому при силі струму 1А виникає магнітний потік в 1Вб. Розрахунки показують, що індуктивність контуру визначається тільки його геометрією та магнітними властивостями середовища, в якому він розташований.

При зміні сили струму в полі буду змінюватися і створений ним магнітний потік. Отже, в контурі буде індукуватися ЕРС індукції.

Виникнення ЕРС індукції в провіднику при зміні в ньому сили струму називається явищем самоіндукції. Величина ЕРС самоіндукції з урахуванням (1) визначається наступним чином:

. (2)

Використовуючи отримані вирази, можна дати наступне визначення L: індуктивність контуру дорівнює відношенню ЕРС, що виникає в контурі, до швидкості зміни струму в ньому.

Наявність в контурі, по якому протікає змінний електричний струм, ЕРС самоіндукції визначає додатковий опір контуру струму, цей опір називається індуктивним і позначається Х_L. Розглянемо контур, що складається із послідовно з'єднаних омічного опору R, соленоїда з індуктивністю L та джерела змінної ЕРС. Будемо вважати, що струм в контурі змінюється по гармонічному закону.

, (3)

де І – миттєве значення сили струму, І₀ – амплітудне значення сили струму, ω – циклічна частота. Підставивши (3) в (2), дістанемо:

,

де – амплітудне значення ЕРС; – миттєве значення ЕРС.

Згідно із законом Ома, індуктивний опір можна записати у вигляді:

.

Враховуючи, що , де ν – лінійна частота (для промислового струму Гц), можна записати у вигляді:

.

Отже, у колах постійного струму індуктивний опір завжди дорівнює нулю.

Індуктивний опір, як і ємнісний, відноситься до реактивних опорів, які відрізняються від активних тим, що вони не перетворюють електричну енергію в теплоту. Енергія, споживана реактивними опорами, періодично повертається в електричний ланцюг при зміні електростатичного поля конденсатора або магнітного поля соленоїда.

За наявності в колі індуктивного опору Х_L спостерігається відставання струму по фазі від ЕРС. Зсув по фізі φ визначається з формули

.

Розрахунки показують, що повний опір контуру Z визначається по формулі.

.

Де – ємнісний опір. Таким чином опір контура при змінному струмі більше, ніж при постійному за рахунок виникнення реактивного опору. Враховуючи, що для нашого випадку , матимемо

Розв’язуючи це рівняння відносно L, будемо мати розрахункову формулу:

. (4)

Омічний і повний опір можна визначити по закону Ома:

(5); (6).

де U та І – напруга та сила струму в соленоїді при постійній її величині; та – діючі значення напруги та сили струму в соленоїді при змінній ЕРС.

Опис експериментальної установки.

Соленоїд, що досліджується в даній роботі, являє собою котушку з різним числом витків. На панелі між клемами нанесено цифри 1200 та 2400 відповідно до кількості витків обмотки виведених до цих затискачів. Таким чином між клемами А і Б 1200 витків, між клемами Б і В 2400, а між А і В 3600.