Изучение магнитного поля
Экспериментальная проверка закона Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции движущихся зарядов. Схема установки для измерения магнитного поля. Построение зависимости индукции в центре короткой катушки от силы тока. Определение индуктивности соленоида.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.09.2015 |
| Размер файла | 623,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ»
Кафедра общей и технической физики
Лабораторная работа
По дисциплине Общая физика
Тема: «Изучение магнитного поля»
Выполнил: студент гр. БТС-14 /Усачев М.В./
Проверил: профессор /Мустафаев А.С./
Санкт-Петербург
2015 г.
Цель работы
Измерение магнитных полей, создаваемых проводниками различных конфигураций.
Экспериментальная проверка закона Био-Савара-Лапласа.
Краткое теоретическое содержание
Магнитное поле - силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты.
Создается только движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды.
Соленоид - свернутый в спираль изолированный проводник, по которому течет электрический ток.
Магнитная проницаемость среды - безразмерная величина, показывающая во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды.
Электрический ток - направленное движение электрически заряженных частиц.
Сила тока - скалярная физическая величина, равная величине электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Индуктивность - величина, характеризующая магнитные свойства проводника.
Магнитная индукция - основная характеристика магнитного поля, представляющая собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и другими элементарными частицами.
Напряженность магнитного поля - векторная величина, являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Не зависит от магнитных свойств среды.
Основные физические законы и соотношения
Закон Био-Савара-Лапласа: Определяет индукцию поля создаваемого элементом проводника с током в точке, находящейся на расстоянии r от элемента проводника.
Магнитное поле на оси короткой катушки: В соответствии с принципом суперпозиции магнитное поле катушки представляет собой алгебраическую сумму полей отдельных витков.
Циркуляции вектора магнитной индукции:
Принцип суперпозиции магнитных полей: Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими потоками или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимися зарядами в отдельности:
Правило правого винта: За положительное направление принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке.
Схема установки
Размещено на http://allbest.ru
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема установки
1 - измеритель индукции магнитного поля (тесламетр);
А - амперметр; 2 - соединительный провод;
3 - измерительный щуп; 4 - датчик Холла;
5 - исследуемый объект (короткая катушка, прямой проводник, соленоид);
6 - источник тока;
7 - линейка для фиксирования положения датчика;
8 - держатель щупа.
Расчетные формулы
Индукция магнитного поля:
Напряженность поля:
Индукция магнитного поля внутри соленоида:
Индукция магнитного поля (теоретическое):
Индуктивность соленоида:
Формулы погрешностей косвенных измерений
Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукции, создаваемой короткой катушкой:
Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукцией, создаваемой соленоидом:
Максимальная относительная погрешность измерения кратчайшего расстояния от датчика Холла до проводника с током:
Макс. относит. погрешность измерения индуктивности соленоида:
Максимальная относительная погрешность измерения потокосцепления:
Таблицы с результатами измерений и вычислений
Таблица 1. Зависимость магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния до конца центра катушки.
|
Z,см |
-8 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
В эксп, мТл |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,05 |
0,08 |
0,12 |
0,20 |
0,29 |
0,33 |
0,31 |
0,22 |
0,15 |
0,09 |
0,05 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
|
|
В теор, мТл |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,06 |
0,09 |
0,15 |
0,24 |
0,36 |
0,42 |
0,36 |
0,24 |
0,15 |
0,09 |
0,06 |
0,04 |
0,03 |
0,02 |
Таблица 2. Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней
|
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
||
|
В эксп, мТл |
0 |
0,05 |
0,08 |
0,10 |
0,14 |
0,17 |
0,21 |
0,24 |
0,27 |
0,31 |
0,34 |
|
|
В теор, мТл |
0 |
0,04 |
0,08 |
0,13 |
0,17 |
0,21 |
0,25 |
0,29 |
0,34 |
0,38 |
0,42 |
Таблица 3. Зависимость магнитной индукции соленоида от расстояния до его центра
|
Z,см |
-10 |
-9 |
-8 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
|
|
В эксп, мТл |
0,17 |
0,42 |
1,10 |
1,99 |
2,36 |
2,49 |
2,56 |
2,58 |
2,59 |
2,59 |
2,59 |
|
|
В теор, мТл |
||||||||||||
|
Z,см |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
В эксп, мТл |
2,59 |
2,59 |
2,58 |
2,57 |
2,54 |
2,49 |
2,38 |
2,12 |
1,41 |
0,54 |
0,18 |
|
|
В теор, мТл |
Таблица 4. Зависимость магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем.
|
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
||
|
В эксп, мТл |
0 |
0,37 |
0,63 |
0,84 |
1,09 |
1,34 |
1,59 |
1,80 |
2,04 |
2,29 |
2,57 |
|
|
В теор, мТл |
0 |
0,25 |
0,49 |
0,74 |
0,98 |
1,28 |
1,47 |
1,72 |
1,97 |
2,21 |
2,46 |
|
|
мкГн |
0 |
20,1 |
20,1 |
20,0 |
20,0 |
21,2 |
20,0 |
20,0 |
20,0 |
20,0 |
20,0 |
Таблица 5. Зависимость магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником от силы тока в нем.
|
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
||
|
В эксп, мТл |
0 |
0,25 |
0,52 |
0,75 |
1,01 |
1,30 |
1,48 |
1,72 |
2.1 |
2.10 |
2,45 |
|
|
В теор, мТл |
0 |
0,25 |
0,49 |
0,74 |
0,98 |
1,23 |
1,51 |
1,72 |
1,97 |
2,21 |
2,51 |
|
|
мм |
0 |
4,0 |
4,1 |
4,1 |
4,1 |
4,1 |
3,9 |
4,1 |
4,1 |
4,1 |
4,0 |
Таблица 6. Параметры исследуемых образцов.
|
см |
d, мм |
см |
мГн |
|||
|
4 |
3,0 |
78 |
26 |
20 |
24 |
магнитный соленоид индукция
Пример вычислений
20 А/м
Площадь поперечного сечения проводника:
Потокосцепление:
Индуктивность:
Погрешности косвенных измерений
Графический материал
Вывод
В ходе данной лабораторной работы были измерены магнитные поля, создаваемых проводников различной конфигурации, и экспериментально проверен закон Био-Савара-Лапласа. Относительно маленькие величины косвенных погрешностей говорят о достоверности методике проведения опыта.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Содержание закона Ампера. Напряженность магнитного поля, её направление. Закон Био-Савара-Лапласа, сущность принципа суперпозиции. Циркуляция вектора магнитного напряжения. Закон полного тока (дифференциальная форма). Поток вектора магнитной индукции.
лекция [489,1 K], добавлен 13.08.2013Анализ источников магнитного поля, основные методы его расчета. Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Интегральная и дифференциальная формы закона полного тока. Принцип непрерывности магнитного потока. Алгоритм расчёта поля катушки.
дипломная работа [168,7 K], добавлен 18.07.2012Понятие и основные свойства магнитного поля, изучение замкнутого контура с током в магнитном поле. Параметры и определение направления вектора и линий магнитной индукции. Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.
контрольная работа [31,4 K], добавлен 05.01.2010Изучение причины магнитной аномалии. Методы определения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли. Применение закона Био-Савара-Лапласа. Определение причины поворота стрелки после подачи напряжения на катушку тангенс–гальванометра.
контрольная работа [110,1 K], добавлен 25.06.2015Введение в магнитостатику. Сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля, его графическое изображение. Примеры расчета магнитных полей прямого тока и равномерно движущегося заряда. Сущность закона Био–Савара-Лапласа.
лекция [324,6 K], добавлен 18.04.2013Введение в магнитостатику, сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля и его графическое изображение. Сущность принципа суперпозиции. Примеры расчета магнитного поля прямого тока и равномерно движущегося заряда.
лекция [324,8 K], добавлен 24.09.2013Общие понятия, история открытия электромагнитной индукции. Коэффициент пропорциональности в законе электромагнитной индукции. Изменение магнитного потока на примере прибора Ленца. Индуктивность соленоида, расчет плотности энергии магнитного поля.
лекция [322,3 K], добавлен 10.10.2011История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.
презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010Действие силового поля в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты. Основные характеристики магнитного поля. Гипотеза Ампера, закон Био-Савара-Лапласа. Магнитный момент рамки с током. Явление электромагнитной индукции; гистерезис, самоиндукция.
презентация [3,5 M], добавлен 28.07.2015Сущность магнетизма, поле прямого бесконечно длинного тока. Форма правильных окружностей, описываемых силовыми линиями электрического поля элемента тока. Структура латентного поля тока. Закон Био-Савара, получение "магнитного" поля из электрического.
реферат [2,2 M], добавлен 04.09.2013
