ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 343
Скачиваний: 21
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физики
ОТЧЁТ
по лабораторной работе № 12
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
(закон полного тока)
Выполнил Петров Олег
Группа № 0401
Факультет ФЭА
Преподаватель: Алексеева Ольга Сергеевна
Санкт-Петербург
2021
Цель работы: Исследование магнитного поля, созданного круговым током, наблюдение вихревого характера магнитного поля, экспериментальное подтверждение закона полного тока.
Приборы и принадлежности: лабораторный макет установки для исследования магнитного поля кругового тока (рис. 1).
В работе используется планшет (1), с нанесенной на него координатной сеткой. На планшете установлено кольцо (2), внутри которого медным проводом намотана катушка. Кольцевая катушка (2) подключена к генератору (3), Индукция магнитного поля, созданного током, протекающим в катушке (2), измеряется в разных точках планшета катушкой-датчиком (4), подключенной к измерительной схеме (5). В процессе измерения исследователь поворачивает датчик (4) в горизонтальной плоскости, добиваясь максимальных показаний вольтметра измерительной схемы. На корпусе датчика (4) нанесена стрелка, направление которой совпадает с осью катушки. Помещая датчик в различные точки планшета, и, измеряя индукцию магнитного поля в данной точке, можно построить картину исследуемого поля.Исследуемые закономерности
Магнитное поле кругового тока. Индукция магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводнике произвольной формы, в общем случае, может быть рассчитана с помощью закона Био – Савара – Лапласа
Соответствующий расчет индукции магнитного поля на оси кругового тока (вдоль оси у на рис. 1) приводит к выражению
(1)где R – радиус кругового тока, I – сила тока, N – число витков в катушке. Легко видеть, что магнитное поле во всей плоскости витка симметрично относительно оси кругового тока, следовательно, везде в плоскости кругового тока вектор индукции поля перпендикулярен плоскости витка (также направлен вдоль оси у).
Соображения симметрии позволяют построить качественно картину магнитного поля, создаваемого круговым током. Напомним, что линиями индукции магнитного поля являются линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с направлением вектора индукции магнитного поля в этой точке, а густота линий пропорциональна значению величины магнитной индукции. Картину магнитного поля на плоскости можно наблюдать визуально, если на плоский немагнитный лист насыпать мелкие железные опилки.
Можно построить линию индукции, воспользовавшись следующим приемом. Расположить в произвольной точке плоскости датчик, измеряющий индукцию магнитного поля, таким образом, чтобы ось датчика показала направление вектора магнитной индукции в данной точке. После этого следует переместить датчик в направлении вектора магнитной индукции на небольшое расстояние и снова сориентировать его по направлению вектора индукции магнитного поля в этой точке. При аккуратном выполнении опыта датчик вернется в область вблизи исходной точки. Соединив полученные точки плавной кривой, получим замкнутую линию магнитной индукции
Напряженность магнитного поля. Циркуляция вектора напряженности. В магнитно-однородной среде магнитное поле удобно описывать вектором напряженности магнитного поля
Определенная таким образом величина, в данном случае не зависит от свойств среды, являясь характеристикой источников магнитного поля.
В однородной среде картина линий напряженности магнитного поля аналогична картине линий индукции. Замкнутость линий магнитного поля ассоциируется с вихревым характером этого поля и отсутствием магнитных зарядов.
Фундаментальным свойством магнитного поля является конечное, отличное от нуля значение циркуляции вектора напряженности поля, если через поверхность, натянутую на контур, в котором определялась циркуляция, протекают токи. Это свойство выражается соотношениями
a)
б) (2)
Соотношения (2) являются, по сути, формулировками закона полного тока. Важно, что значение циркуляции вектора напряженности магнитного поля не зависит от формы контура и токов, протекающих вне его. Это свойство закона полного тока открывает широкие возможности для исследования магнитных полей и измерения токов.
Явление электромагнитной индукции. Процесс измерения значений индукции магнитного поля основан на использовании явления электромагнитной индукции
Поскольку катушка, создающая исследуемое магнитное поле, питается переменным током частоты f, то
(3)где S – эффективная площадь сечения катушки датчика, w – число витков катушки.
ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
(закон полного тока)
Таблица 1. Измерение кругового Таблица 2. Измерение контура прямоугольного контура
| Координаты | Напряжение, мВ | | Координаты | Напряжение, мВ |
| (10:0) | 175 | (11:0) | 153 | |
| (10:1) | 160 | (11:1) | 138 | |
| (11:2) | 145 | (11:2) | 73 | |
| (13:3) | 68 | (12:2) | 56 | |
| (15:2) | 32 | (13:2) | 84 | |
| (16:0) | 23 | (14:2) | 59 | |
| (15:-2) | 49 | (15:2) | 20 | |
| (13:-3) | 87 | (16:2) | 7 | |
| (11:-2) | 157 | (16:1) | 14 | |
| | (16:0) | 20 | ||
| (16:-1) | 16 | |||
| (16:-2) | 8 | |||
| (15:-2) | 23 | |||
| (14:-2) | 69 | |||
| (13:-2) | 94 | |||
| (12:-2) | 62 | |||
| (11:-2) | 67 | |||
| (11:-1) | 142 | |||
Таблица 3. Постоянные эксперимента
| I, мА | N |  | R, м |
| 50 | 500 | 2 | 0,13 |
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Определим значение индукции магнитного поля в центре витка и масштабные коэффициенты индукции и напряжённости:
2. Рассчитаем циркуляцию прямоугольного и кругового контура:
Таблица 4. Циркуляция Таблица 5. Циркуляция кругового контура прямоугольного контура
| | [А/м] | | | [А/м] |
 | 504,81 |  | 367,79 | |
 | 461,54 |  | 331,73 | |
 | 418,27 |  | 175,48 | |
 | 196,15 |  | 134,62 | |
 | 92,31 |  | 201,92 | |
 | 66,35 |  | 141,83 | |
 | 141,35 |  | 48,08 | |
 | 250,96 |  | 16,83 | |
 | 452,88 |  | 33,65 | |
| |  | 48,08 | ||
 | 38,46 | |||
 | 19,23 | |||
 | 55,29 | |||
 | 149,04 | |||
 | 225,96 | |||
 | 149,04 | |||
 | 161,06 | |||
 | 341,35 | |||
Прямоугольный контур:
Круговой контур:
25,85
3.Рассчитаем погрешность модуля вектора индукции:
4.Рассчитаем вектора магнитной индукции:
Таблица 6. Таблица 7. Индукция кругового контура Индукция прямоугольного контура
| | [Тл] | | | [Тл] |
 | 0,0011158 | | 0,0009755 | |
 | 0,00102016 | | 0,0008799 | |
 | 0,00092452 | | 0,0004654 | |
 | 0,000433568 | | 0,0003571 | |
 | 0,000204032 | | 0,0005356 | |
 | 0,000146648 | | 0,0003762 | |
 | 0,000312424 | | 0,0001275 | |
 | 0,000554712 | | 4,463E-05 | |
 | 0,001001032 | | 8,926E-05 | |
| |  | 0,0001275 | ||
 | 0,000102 | |||
 | 5,101E-05 | |||
 | 0,0001466 | |||
 | 0,0003953 | |||
 | 0,0005993 | |||
 | 0,0003953 | |||
 | 0,0004272 | |||
 | 0,0009054 | |||