Новости

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Работа добавлена:






ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА на http://mirrorref.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Методические указания

к лабораторной работе№15

по физике

(Раздел «Электричество и магнетизм»)

Ростов-на-Дону 2012

УДК 530.1

Составители: проф. С.И. Егорова,

                    доц. И.Н. Егоров,

                    проф. Г.Ф. Лемешко

Определение индукции магнитного поля соленоида: метод, указания к лабораторной работе № 15. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГГУ, 2012. – 8 с.

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения индукции магнитного поля соленоида. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Рецензент    доцент Кудря А.П.

© Издательский центр ДГГУ, 2012

I. Цель работы:

  1. Измерить индукцию магнитного поля соленоида при различных значениях силы тока, протекающего по соленоиду.

  2. Построить график зависимости индукции магнитного поля соленоида от силы тока.

II. Приборы и принадлежности:источник тока, выпрямитель, реостат, амперметр, компас, переключатель направления тока, соленоид с подвешенным внутри постоянным магнитом, секундомер.

III. Теория метода и описание установки

В данной работе измерение индукции магнитного поля внутри соленоида проводится с помощью магнитометра, представляющего собой небольшой постоянный магнит (магнитная стрелка), подвешенный на нити (рис.1). Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, располагается в центре соленоида, где поле можно считать однородным. Соленоид устанавливается вдоль горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с помощью компаса. В этом положении соленоида магнитная стрелка, следовательно, и вектор магнитного момента , будут направлены вдоль  его оси.

Рис. 1

   Рис. 2

При отклонении стрелки на небольшой угол  от положения равновесия (рис. 2) возникает крутящий момент нити (им можно пренебречь) и вращающий момент силы со стороны магнитного поля, под действием которого стрелка будет совершать свободные незатухающие крутильные колебания (сопротивлением воздуха и трением в подвесе пренебрегаем).

Модуль момента силы равен . Учитывая, что при малых углах закручивания , а вектор вращающего момента  и вектор углового перемещения  направлены в противоположные стороны, можно записать

                            ,                                     (1)

где – вращающий момент, – магнитный момент стрелки,  – угол поворота стрелки.

     Согласно основному уравнению динамики вращательного движения                    .                                        (2)

Сравнивая (1) и (2), получаем:     ,                 (3)

где – момент инерции магнита. Разделив уравнение (3) на  получаем:                      .                             (4)

Вводим обозначение: . Тогда уравнение (4) примет вид:

.                              (5)

Уравнение (5) представляет собой дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний стрелки с частотой .  Период колебаний , откуда

      или                 ,                         (6)

где  – постоянная величина для данного магнитометра.

       Согласно принципу суперпозиции индукция результирующего поля равнавекторной сумме индукций магнитных полей Земли  и соленоида :  .

       Чтобы исключить влияние магнитного поля Земли на определение величины индукции магнитного поля соленоида, измеряют время  колебаний магнитной стрелки в двух случаях: при одинаковом направлении векторов индукции поля Земли  и соленоида  и противоположном. Изменения направления вектора  добиваются переключением направления тока в соленоиде на противоположное.

В первом случае модуль индукции результирующего поля  , где , а во втором , где .

Получаем систему уравнений:

.

Из системы находим индукцию магнитного поля соленоида:

                        ,                                 (7)

где  – постоянная величина, указанная на установке,  и - периоды колебаний магнитной стрелки при противоположных направлениях тока в соленоиде.

IV. Экспериментальная часть

  1. Собрать электрическую цепь из соленоидаС, амперметраА, реостатаR, ключа переключателяП, выпрямителя, согласно схеме, приведенной на рис.3.
  2. Установить соленоид вдоль магнитного поля Земли с помощьюкомпаса.
  3. Включить выпрямитель в сеть. Изменяя положение движка реостата , установить силу тока в соленоиде от 1А до 5А через 1А, измерить период колебаний  для каждого значения силы тока. Для этого необходимо:

а) лёгким толчком вывести магнитную стрелку из положения равновесия;

б) отсчитать по секундомеру время   полных колебаний стрелки;

в) вычислить по формуле  период колебаний  для каждого значения силы тока. Результаты занести в таблицу.

Рис.3

  1. Изменить направление силы тока в соленоиде с помощью ключа переключателяП. При этом магнитная стрелка в соленоиде поменяет свое направление на противоположное.
  2. Повторить пункт 3 (а, б, в) для определения периода колебаний . Результаты занести в таблицу.
  3. По формуле (7) вычислить индукцию магнитного поля соленоида для каждой пары  и  , т.е. при одном и том же значении прямого и обратного тока.
  4. Построить график зависимости .

                                                                                  Таблица

№/№

п/п

А

с

с

с

с

Тл

%

Тл

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

  1. Рассчитать относительнуюи абсолютную погрешности для всех измерений по формулам:

;

,

где 0,01c - погрешность секундомера.

Контрольные вопросы

  1. Дать определение индукции магнитного поля. Единица измерения.
  2. Как определяется направление вектора ?
  3. Принцип суперпозиции магнитных полей.
  4. Сформулировать закон Ампера.
  5. Как определяется направление силы, действующей на проводник с током?
  6. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.
  7. Вывести рабочую формулу индукции магнитного поля на оси соленоида.

Техника безопасности

  1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством и принципом действия.
  2. Подключение установки к сети допускается только после проверки электрической цепи инженером или преподавателем.

Рекомендуемая  литература

– СПб.: Лань, 2006.

Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2004.

Кунаков В.В. Магнетизм: учеб. пособие / В.В. Кунаков, О.А. Лещёва, И.В. Мардасова, О.М. Холодова. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.

Редактор Т.В. Колесникова

_________________________________________________________

В печать 31.01.2012

Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ №     .Тираж 60 экз. Цена свободная

________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

2. Циркуляция вектора магнитной индукции (для магнитного поля в вакууме). Закон полного тока. Расчет магнитного поля соленоида и тороида

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

4. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли

5. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

6. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКА ХОЛЛА

7. Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Био - Савара - Лапласа. Расчет магнитного поля прямолинейного проводника с током. Расчет магнитного поля кругового тока

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

9. Определение горизонтальной направляющей напряженности магнитного поля Земли

10. Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли