Визначення напруженості магнітного поля на осі соленоїда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота № 3-4

Мета роботи: набути навиків вимірювання напруженості магнітного поля в різних точках вздовж осі соленоїда.

Прилади та матеріали: соленоїд з вимірювальною котушкою; балістичний гальванометр; амперметр; реостат; вимикач.

Теоретичні відомості

Напруженість магнітного поля на осі соленоїда в загальному випадку визначається за формулою:

магнітний поле соленоїд котушка

(1)

де I - струм, що проходить по обмотці соленоїда;

n - кількість витків на одиницю довжини соленоїда;

₁ та ₂ - кути під якими з точки спостереження видно радіуси поблизу кінців соленоїда (рис.1).

Коли діаметр і довжина соленоїда сумірні то такий соленоїд називається коротким. Для короткого соленоїда напруженість Н магнітного поля максимальна на осі соленоїда. В решті точок величина Н менша.

Для довгого соленоїда ( коли R<<l ) ₁ 0 , ₂ і магнітне поле буде однорідним. Обчислимо напруженість магнітного поля для будь-якої точки на осі соленоїда.

З рис.1 видно, що

(2)

(3)

Тоді (4)

Величина n l = N - повне число витків. Отже,

(5)

Поле багатошарового соленоїда якісно має той самий характер, як і поле одношарового.

У даній роботі напруженість магнітного поля визначається за допомогою балістичного гальванометра. Схему установки наведено на рис. 2. Балістичний гальванометр приєднується до вимірювальної котушки W. При замиканні вимикача К напруженість магнітного поля на осі соленоїда зростає від нуля до значення Н.

Магнітний потік, який пронизує при цьому вимірювальну котушку:

(6)

де S і N₁ - площа поперечного перерізу і число витків вимірювальної котушки.

У колі котушки W виникає короткочасний індукційний струм і рамка гальванометра відхиляється на деякий кут . Зміщення світлового “зайчика” відраховується по шкалі гальванометра.

Кількість електрики q, що пройде через гальванометр,

(7)

де R_k- опір кола гальванометра, Ом. (Складається з опору котушки і опору гальванометра) .

(8)

З другого боку, кількість електрики q пропорційна величині зміщення покажчика балістичного гальванометра від положення рівноваги :

(9)

де С_g - стала балістичного гальванометра (рівна ціні однієї поділки шкали балістичного гальванометра).

З формул (8) і (9) маємо:

(10)

Величини S, N₁, R, R_g, C_g, залишаються сталими при всіх вимірюваннях, тому введено позначення:

(11)

тоді

(12)

де С - балістична стала установки.

Після визначення сталої С установки можна визначити напруженість магнітного поля в будь-якій точці, розміщеній на осі соленоїда

(13)

де індекс х означає координату на осі соленоїда.

Порядок виконання роботи

Скласти схему згідно рис. 2.

Розмістити вимірювальну котушку W на осі соленоїда, що відповідає координаті х = 0, та встановити реостатом струм у колі соленоїда 1,0-1,5 А. (За точку відліку прийняти точку, яка розміщена в центрі соленоїда)

Розрахувати напруженість магнітного поля на осі соленоїда (центр соленоїда) за формулою (5).

Визначити в момент замикання та розмикання і взяти середнє значення.

Користуючись формулою (11), визначити сталу С

Повторити вимірювання, зазначені в пп. 4,5, не менше як 3 рази та розрахувати середнє значення.

Провести вимірювання в точках соленоїда, розташованих одна від одної на відстані 1 см. від точки х=0 і до точки, яка співпадає з кінцем соленоїда.

Записати в таблицю .для кожної точки значенння _х та за формулою (13) розрахувати напруженість магнітного поля в цих точках.

Побудувати графік залежності Н_х від х. Початок координат сумістити з точкою в центрі соленоїда.

Контрольні запитання

Виведіть формулу для Н на осі колового витка і на осі соленоїда.

Размещено на Allbest.ru