Файл: Отчет по лабораторной работе 18 По дисциплине Физика Тема Исследование магнитного поля катушек Гельмгольца студент гр. Иту221 Медведникова А. И.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.11.2023

Просмотров: 422

Скачиваний: 65

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе № 18

По дисциплине: Физика

Тема «Исследование магнитного поля катушек Гельмгольца»

Выполнил: студент гр. ИТУ-22-1 _______________ /Медведникова А.И./

(подпись) (Ф.И.О)
Проверил: ______________ / /

(подпись) (Ф.И.О)

Санкт-Петербург

2023

Цель работы: изучение магнитных полей токов различной конфигурации, изучение принципа супер позиции, изучение системы, позволяющее создавать в пространстве однородные магнитные поля.

Краткое теоретическое содержание

Явления и физические величины, изучаемые в работе - магнитная индукция, магнитное поле.

Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Показывает, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся с некоторой скоростью.

Магнитное поле— составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты).

Катушками Гельмгольца называется система, состоящая из двух одинаковых тонких катушек, расположенных соосно на расстоянии, равном их радиусу. 

Сила тока — физическая величина, равная отношению количества заряда. , прошедшего через некоторую поверхность за время. , к величине этого промежутка времени.


Тесламетр— прибор (магнитометр) для измерения магнитной индукции (В) или напряжённости магнитного поля в неферромагнитной среде.

Эффект Холла— явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Датчик Холла— прибор, предназначенный для измерения величины магнитной индукции на основе преобразования магнитной индукции в выходное напряжение.

Законы и соотношения, использованные при выводе расчётных формул

1) принцип суперпозиции: магнитное поле, создаваемое несколькими движущимися зарядами или токами, равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым зарядом или током в отдельности



2) закон Био – Савара – Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тонкого проводника с током I и длиной dl



где μ0 – магнитная постоянная (μ0 = 4π.10-7 Гн/м), dl– вектор, совпадающий с элементарным участком тока и направленный по току, r – радиус-вектор, проведенный от токового элемента в точку P, в которой определяется поле dB.

Основные расчётные формулы

1) Магнитная индукция B (Тл) на оси z катушки, имеющей N витков, с протекающим током I (А):



2) Магнитная индукция B (Тл) на оси z двух катушек, имеющих N витков, с протекающим током I (А), где а – расстояние между катушками (м):



3) Магниная индукция для катушек Гельмгольца в средней точке z=R/2 при а=R, где а – расстояние между катушками, R – средний радиус катушек:



Исходные данные



R=200 мм – средний радиус катушек

N=154 – число витков катушек

a=R – расстояние между катушками

Погрешности прямых измерений








Схема установки


3
1
2
4

1 - регулируемый источник; 2 - одинаковые катушки Гельмгольца; 3 - датчик Холла; 4 – тесламетр.

Таблицы

Табл. 1. Зависимость магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния до центра катушки.

z , см
-15
-12
-9
-6
-3
0
3
6
9
12
15

Вэксп, мТл
0,43
0,54
0,67
0,79
0,89
0,96
0,90
0,78
0,67
0,54
0,44

Втеор, мТл
0,49
0,61
0,74
0,85
0,93
0,97
0,93
0,85
0,74
0,61
0,49

Табл. 2. Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней.

I, A
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

Вэксп, мТл
0
0,11
0,2
0,32
0,4
0,51
0,59
0,69
0,8
0,89
0,96

Втеор, мТл
0
0,09
0,19
0,29
0,39
0,49
0,58
0,68
0,78
0,87
0,97

Табл. 3. Значение индукции магнитного поля в мТл в пространстве между катушками Гельмгольца на оси z

z, см
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20

Вэксп, мТл
1,25
1,32
1,35
1,38
1,38
1,38
1,39
1,38
1,37
1,35
1,31

Втеор, мТл
1,31
1,35
1,37
1,38
1,38
1,38
1,38
1,38
1,37
1,35
1,31

Табл. 4. Зависимость магнитной индукции в центре между катушками Гельмгольца от силы тока в них.

I,А
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

Вэксп, мТл
0
0,15
0,31
0,41
0,57
0,7
0,82
0,97
1,12
1,25
1,37

Втеор, мТл
0
0,14
0,27
0,42
0,55
0,69
0,83
0,97
1,10
1,25
1,38


Примеры расчетов

1) мТл

2) =0,09 мТл

3) =1,35 мТл

4)

Графический материал

График 1. Зависимости Втеор и Вэксп на оси короткой катушки от расстояния до центра катушки.




График 2. Зависимость Втеор и Вэксп в центре короткой катушки от силы тока в ней.



График 3. Зависимость значений Втеор и Вэксп в пространстве между катушками Гельмгольца по оси z.



График 4. Зависимость Втеор и Вэксп от центра между катушками Гельмгольца от силы тока в них.



Расчет погрешностей:

=3мкТл



Полученные нами экспериментальные данные отклоняются от теоретических не более, чем на 0,15 мТл.

Проанализировав полученные зависимости, можно сделать следующие заключения:

1) Значение магнитной индукции на оси z короткой катушки уменьшается по мере удаления от центра катушки, а также резко спадает при выходе измерительного прибора за границу катушки;

2) Значение магнитной индукции в центре короткой катушки прямо пропорционально силе тока в ней;

3) В пространстве между катушками Гельмгольца создаётся практически однородное магнитное поле;

4) Магнитная индукция в центре между катушками Гельмгольца прямо пропорциональна силе тока в них.

Вывод: в ходе данной лабораторной работы были измерены магнитные поля токов различной конфигурации. По данным графика можно увидеть, что теоретические и экспериментальные значения магнитной индукции, в большинстве, приблизительно равны, что говорит о достоверности методики проведения опыта. Погрешность можно объяснить неточностью калибровки датчика Холла и невозможностью правильной установки геометрических параметров в ходе эксперимента.

Смотрите также файлы