Файл: Практикум по физике для студентов заочной формы обучения инженернотехнических специальностей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 184
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
– количество колебаний.
6. Рассчитать среднее значение периода:
N
T
T
i
1 1
.Определить абсолютную погрешность периода T
1
как погрешность прибора.
7. Изменить направление тока в маятнике, поменяв местами провода на выпрямителе (или переключив ключ).
8. Определить период Т
2
колебаний маятника при другом направлении тока аналогично тому, как описано в п. 5.
9. Рассчитать среднее значение периода:
N
T
T
i
2 2
Записать абсолютную погрешность периода T
2
= T
1
10. Вычислить по формуле (5) индукцию магнитного поля в зазоре электромагнита. Оценить её абсолютную погрешность по упрощенной формуле:
2 2
2 2
1 1
2 2
2 2
2 2
2
T
T
T
T
l
l
r
r
J
J
I
I
B
B
и относительную погрешность:
B
B
100%.
Записать окончательный результат: B=(
B) Тл.
11. Сделать выводы.
III. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что представляет собой магнитное поле?
2. Каковы источники магнитного поля? Что служит источником магнитного поля в данной работе?
3. Что называется магнитной индукцией? Записать формулу с пояснением входящих в нее величин. В каких единицах измеряется магнитная индукция?
4. Что называется силовой линией магнитного поля?
5. Как определить направление силовой линии и направление вектора магнитной индукции в конкретной точке пространства?
44 6. Какое магнитное поле называется однородным? Однородно ли магнитное поле в данной работе?
7. Записать и сформулировать закон Ампера. Пояснить входящие в него величины и их единицы измерения.
8. Как определяется направление силы Ампера?
9. Записать и сформулировать закон Био-Савара-Лапласа, пояснить входящие в него величины.
10. Сформулировать принцип суперпозиции магнитных полей.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
3. Приборы и принадлежности.
4. Схема установки.
5. Расчетные формулы: индукция магнитного поля:
В=
В=
6. Постоянные и заданные в работе величины:
=
=
=
J=
J=
J
J
=
l=
l=
l
l
=
2
r
=
2
r
=
2 2
r
r
=
I=
I=
I
I
=
7. Измерение периода колебаний маятника для одного направления тока в нем:
N=10
№ 1
2 3
4 5
6
t,с
T
1
, с
T
1
=
T
1
=
1 1
T
T
45 8. Измерение периода колебаний маятника для другого направления тока в нем:
N=10
№ 1
2 3
4 5
6
t, с
T
2
, с
T
2
=
T
2
=
2 2
T
T
9. Результат вычисления магнитной индукции:
<B>=
B=
%
100
B
B
Окончательный результат: B=
10. Выводы.
46
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Цель работы: измерить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра и определить постоянную этого прибора.
Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр (тангенс- буссоль), источник постоянного тока, миллиамперметр, реостат со скользящим контактом, переключатель.
I. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Рис.1. Принципиальная схема рабочей установки: ВСА - источник постоянного тока (выпрямитель); R - реостат; П - переключатель;
Т - тангенс-гальванометр; mA- миллиамперметр.
Основу установки составляет тангенс-гальванометр, представляющий собой плоскую вертикальную катушку, в центре которой помещена магнитная стрелка, способная вращаться вокруг вертикальной оси (рис.3).
Магнитное поле Земли практически совпадает с полем гипотетического стержнеобразного магнита, помещенного в центре земного шара и наклоненного к оси вращения примерно на 12°. В первом приближении силовые линии магнитного поля земного шара имеют вид, показанный на рис. 2, при этом у северного географического полюса находится южный магнитный полюс и наоборот. Геомагнитные полюса расположены от географических на расстоянии около 1200 км, причём с течением времени их положение несколько изменяется.
Природа земного магнетизма ещё до конца не выяснена, но установлено, что магнетизм Земли связан с процессами, проходящими в недрах самой планеты, например, с электрическими токами, циркулирующими внутри Земли. Магнитное поле Земли защищает живую природу планеты от бомбардировки космическими частицами, образуя из них радиационные пояса. С магнетизмом Земли связаны
47 также полярные сияния и другие явления, происходящие в околоземном пространстве.
Рис.2. Силовые линии магнитного поля Земли:
- магнитное наклонение.
Основными характеристиками магнитного поля Земли являются: вектор магнитной индукции
B
, который можно разложить на горизонтальную (
Г
B
) и вертикальную (
в
B
) составляющие (рис.2), а также магнитное склонение и магнитное наклонение .
Магнитным наклонением называется угол между вектором индукции магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью
(рис.2). На экваторе магнитное наклонение равно 0°, а на полюсах
90°. Магнитное склонение - это угол между географическим и магнитным меридианами в данной области земного шара.
Горизонтальную составляющую индукции магнитного поля
Земли можно определить с помощью тангенс-гальванометра. Если плоскость катушки совпадает с плоскостью магнитного меридиана, то при отсутствии тока в катушке магнитная стрелка располагается в направлении магнитного меридиана и угол
равен
0 0
(рис.3).
При пропускании тока в катушке магнитная стрелка расположится под некоторым углом
к первоначальному положению. Это связано с тем, что катушка с током создаёт магнитное
48 поле
K
B
, которое накладывается на магнитное поле Земли
Г
B
. По принципу суперпозиции полей
B
=
Г
B
+
K
B
. Магнитная стрелка укажет направление результирующего поля
B
Рис. 3. Схема тангенс - гальванометра: SN - направление магнитного меридиана Земли;
Г
B
- вектор горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли; I - ток в катушке тангенс - гальванометра;
K
B
- вектор индукции магнитного поля катушки с током;
B
- вектор индукции результирующего магнитного поля.
Из схемы, показанной на рис.3, следует, что
Г
B
B
tg
K
, откуда:
tg
B
B
K
Г
(1)
Индукция магнитного поля катушки радиусом R с N витками и током I находится по формуле:
R
IN
B
K
2 0
(2)
Подставив формулу (2) в отношение (1), получим:
Rtg
IN
B
Г
2 0
(3)
Измерив угол
и силу тока I и зная радиус катушки R и число витков в ней N, можно по формуле (3) определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли, которая для данной географической широты будет величиной постоянной.
Уравнение (3) можно представить в таком виде:
49
tg
C
tg
N
R
B
I
Г
0 2
(4)
Величина С называется постоянной тангенс-гальванометра и рассчитывается по формуле:
N
R
B
С
Г
0 2
(5)
Таким образом, величина тока изменяется пропорционально тангенсу угла отклонения магнитной стрелки, поэтому рассматриваемый прибор и называется тангенс-гальванометром.
Знание постоянной прибора С позволяет использовать тангенс- гальванометр в качестве амперметра.
II. ПОРЯДОК РАБОТЫ
1. Подключить тангенс-гальванометр к соответствующим клеммам установки, предварительно установив ручку переключателя в вертикальное положение (цепь разомкнута) и выведя движок реостата в крайнее левое положение.
2. Установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана, поворачивая тангенс-гальванометр до тех пор, пока конец магнитной стрелки не установится на 0°.
3. Замкнуть цепь переключателем П.
4. Установить, перемещая движок реостата, определенное значение тока I.
5. Определить по круговой шкале тангенс-гальванометра угол
1
, соответствующий равновесному положению магнитной стрелки.
6. Изменить переключателем П направление тока в катушке.
Определить угол отклонения магнитной стрелки
2
, соответствующий другому направлению тока в катушке.
7. Рассчитать средний угол отклонения магнитной стрелки по формуле:
2 2
1
8. Оценить по прибору абсолютную погрешность угла отклонения магнитной стрелки
. Её следует выразить в радианах
(1 0
=1,7510
-2
рад).
9. Вычислить по формуле
(3) значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
Г
B
. Рассчитать её абсолютную погрешность:
50 2
2 2
2 0
0
cos sin
R
R
I
I
B
B
Г
Г
и относительную погрешность:
Г
Г
В
В
100%.
Записать окончательный результат:
)
(
Г
Г
Г
B
B
В
Тл.
10. Определить по формуле (5) постоянную тангенс-гальванометра С.
Рассчитать её абсолютную погрешность:
2 2
2 0
0
R
R
B
B
C
C
Г
Г
и относительную погрешность:
С
С
100%. Записать окончательный результат:
)
(
C
C
C
А.
11. Сделать выводы.
III. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что представляет собой магнитное поле?
2. Каковы источники магнитного поля?
3. Дать определение основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции. В каких единицах она измеряется? Записать ее формулу, пояснить все входящие в нее величины и их единицы измерения.
4. Что называется силовой линией магнитного поля?
5. Как выглядит картина силовых линий магнитного поля Земли?
6. Как формулируется и записывается закон Био-Савара-Лапласа?
7. Как формулируется и записывается закон полного тока (теорема о циркуляции)?
8. В чем суть принципа суперпозиции полей и как он применяется в данной работе?
9. Записать формулу магнитной индукции поля в центре кругового тока. Пояснить входящие в нее величины и их единицы измерения.
10. Нарисовать силовые линии для прямолинейного и кругового проводника с током.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
51 3. Приборы и принадлежности.
4. Схема установки.
5. Расчетные формулы: горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли:
Г
B
=
Г
B
= постоянная тангенс-гальванометра:
С=
С=
6. Сила тока в катушке:
I=
I
I
I
7. Угол отклонения магнитной стрелки:
1
=
2
=
8. Расчет горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:
Г
B
=
Г
B
=
Г
Г
В
В
100%=
Окончательный результат:
Г
B
=
9. Расчет постоянной тангенс-гальванометра:
<С>=
С=
С
С
100%=
Окончательный результат: С=
10. Выводы.
52
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э9
ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
Цель
работы: ознакомиться с принципом работы милливеберметра и изучить зависимость индукции магнитного поля от силы тока в обмотке электромагнита.
Приборы и принадлежности: электромагнит с подвижными наконечниками, милливеберметр с измерительной катушкой, выпрямитель.
I. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Рис.1. Схема рабочей установки: 1 - выпрямитель; 2 - электромагнит;
3 - милливеберметр; 4 - измерительная катушка.
Милливеберметр представляет собой баллистический гальванометр, используемый для измерения магнитного потока.
Гальванометры - это приборы, служащие для измерения слабых и кратковременных электрических токов.
Баллистический гальванометр является разновидностью гальванометра магнитоэлектрической системы, в котором лёгкая рамка при пропускании по ней тока поворачивается под действием силы
Ампера в магнитном поле постоянного магнита, увлекая за собой стрелку прибора. Баллистический гальванометр отличается от обычного искусственным увеличением момента инерции его подвижной системы для быстрого затухания колебаний рамки. Так как при измерениях баллистическим гальванометром время протекания тока мало (меньше периода колебаний рамки), то можно считать, что рамка начинает свое движение уже после протекания тока, и первый отброс стрелки прибора пропорционален количеству электричества q,
прошедшему через рамку.
Баллистический гальванометр (веберметр) включается в цепь измерительной катушки, помещаемой в исследуемое магнитное поле
53
(в данной лабораторной работе веберметр помещается между полюсами электромагнита).
Полный магнитный поток (потокосцепление) через катушку, установленную перпендикулярно силовым линиям магнитного поля определится соотношением:
NBS
NФ
, где S - сечение одного витка катушки; N - количество витков.
При изменении магнитного потока через измерительную катушку, например, выключением тока в цепи электромагнита или поворотом катушки, в ней возникает ЭДС индукции:
dt
d
i
, а следовательно, и индукционный ток:
R
I
i
i
. Поскольку сила этого тока не постоянна
const
I
i
, то в цепи измерительной катушки и рамки гальванометра возникает ЭДС самоиндукции:
dt
dI
L
S
По второму правилу Кирхгофа:
S
i
IR
, или
dt
dI
L
dt
d
IR
, где R - активное сопротивление катушки и рамки гальванометра. Интегрируя последнее соотношение и учитывая, что
Idt = dq, I
нач
= 0, I
кон
= 0,
получаем:
0
)
(
Rq
I
I
L
Idt
R
нач
кон
, т.е. количество протекшего через катушку и рамку гальванометра электричества (заряда q) пропорционально изменению магнитного потока через витки измерительной катушки.
Отброс стрелки баллистического гальванометра, пропорциональный количеству протекшего через него электричества, будет пропорционален изменению магнитного потока через витки измерительной катушки, соединенной с гальванометром:
)
(
0
С
,
(1) где
0
- начальное положение стрелки веберметра;
- отброс стрелки при включении тока в цепи электромагнита; С - постоянная веберметра.
При выключении тока в электромагните магнитный поток уменьшится до нуля и изменение магнитного потока:
6. Рассчитать среднее значение периода:
N
T
T
i
1 1
.Определить абсолютную погрешность периода T
1
как погрешность прибора.
7. Изменить направление тока в маятнике, поменяв местами провода на выпрямителе (или переключив ключ).
8. Определить период Т
2
колебаний маятника при другом направлении тока аналогично тому, как описано в п. 5.
9. Рассчитать среднее значение периода:
N
T
T
i
2 2
Записать абсолютную погрешность периода T
2
= T
1
10. Вычислить по формуле (5) индукцию магнитного поля в зазоре электромагнита. Оценить её абсолютную погрешность по упрощенной формуле:
2 2
2 2
1 1
2 2
2 2
2 2
2
T
T
T
T
l
l
r
r
J
J
I
I
B
B
и относительную погрешность:
B
B
100%.
Записать окончательный результат: B=(
B) Тл.
11. Сделать выводы.
III. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что представляет собой магнитное поле?
2. Каковы источники магнитного поля? Что служит источником магнитного поля в данной работе?
3. Что называется магнитной индукцией? Записать формулу с пояснением входящих в нее величин. В каких единицах измеряется магнитная индукция?
4. Что называется силовой линией магнитного поля?
5. Как определить направление силовой линии и направление вектора магнитной индукции в конкретной точке пространства?
44 6. Какое магнитное поле называется однородным? Однородно ли магнитное поле в данной работе?
7. Записать и сформулировать закон Ампера. Пояснить входящие в него величины и их единицы измерения.
8. Как определяется направление силы Ампера?
9. Записать и сформулировать закон Био-Савара-Лапласа, пояснить входящие в него величины.
10. Сформулировать принцип суперпозиции магнитных полей.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
3. Приборы и принадлежности.
4. Схема установки.
5. Расчетные формулы: индукция магнитного поля:
В=
В=
6. Постоянные и заданные в работе величины:
=
=
=
J=
J=
J
J
=
l=
l=
l
l
=
2
r
=
2
r
=
2 2
r
r
=
I=
I=
I
I
=
7. Измерение периода колебаний маятника для одного направления тока в нем:
N=10
№ 1
2 3
4 5
6
t,с
T
1
, с
T
1
=
T
1
=
1 1
T
T
45 8. Измерение периода колебаний маятника для другого направления тока в нем:
N=10
№ 1
2 3
4 5
6
t, с
T
2
, с
T
2
=
T
2
=
2 2
T
T
9. Результат вычисления магнитной индукции:
<B>=
B=
%
100
B
B
Окончательный результат: B=
10. Выводы.
46
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Цель работы: измерить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра и определить постоянную этого прибора.
Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр (тангенс- буссоль), источник постоянного тока, миллиамперметр, реостат со скользящим контактом, переключатель.
I. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Рис.1. Принципиальная схема рабочей установки: ВСА - источник постоянного тока (выпрямитель); R - реостат; П - переключатель;
Т - тангенс-гальванометр; mA- миллиамперметр.
Основу установки составляет тангенс-гальванометр, представляющий собой плоскую вертикальную катушку, в центре которой помещена магнитная стрелка, способная вращаться вокруг вертикальной оси (рис.3).
Магнитное поле Земли практически совпадает с полем гипотетического стержнеобразного магнита, помещенного в центре земного шара и наклоненного к оси вращения примерно на 12°. В первом приближении силовые линии магнитного поля земного шара имеют вид, показанный на рис. 2, при этом у северного географического полюса находится южный магнитный полюс и наоборот. Геомагнитные полюса расположены от географических на расстоянии около 1200 км, причём с течением времени их положение несколько изменяется.
Природа земного магнетизма ещё до конца не выяснена, но установлено, что магнетизм Земли связан с процессами, проходящими в недрах самой планеты, например, с электрическими токами, циркулирующими внутри Земли. Магнитное поле Земли защищает живую природу планеты от бомбардировки космическими частицами, образуя из них радиационные пояса. С магнетизмом Земли связаны
47 также полярные сияния и другие явления, происходящие в околоземном пространстве.
Рис.2. Силовые линии магнитного поля Земли:
- магнитное наклонение.
Основными характеристиками магнитного поля Земли являются: вектор магнитной индукции
B
, который можно разложить на горизонтальную (
Г
B
) и вертикальную (
в
B
) составляющие (рис.2), а также магнитное склонение и магнитное наклонение .
Магнитным наклонением называется угол между вектором индукции магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью
(рис.2). На экваторе магнитное наклонение равно 0°, а на полюсах
90°. Магнитное склонение - это угол между географическим и магнитным меридианами в данной области земного шара.
Горизонтальную составляющую индукции магнитного поля
Земли можно определить с помощью тангенс-гальванометра. Если плоскость катушки совпадает с плоскостью магнитного меридиана, то при отсутствии тока в катушке магнитная стрелка располагается в направлении магнитного меридиана и угол
равен
0 0
(рис.3).
При пропускании тока в катушке магнитная стрелка расположится под некоторым углом
к первоначальному положению. Это связано с тем, что катушка с током создаёт магнитное
48 поле
K
B
, которое накладывается на магнитное поле Земли
Г
B
. По принципу суперпозиции полей
B
=
Г
B
+
K
B
. Магнитная стрелка укажет направление результирующего поля
B
Рис. 3. Схема тангенс - гальванометра: SN - направление магнитного меридиана Земли;
Г
B
- вектор горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли; I - ток в катушке тангенс - гальванометра;
K
B
- вектор индукции магнитного поля катушки с током;
B
- вектор индукции результирующего магнитного поля.
Из схемы, показанной на рис.3, следует, что
Г
B
B
tg
K
, откуда:
tg
B
B
K
Г
(1)
Индукция магнитного поля катушки радиусом R с N витками и током I находится по формуле:
R
IN
B
K
2 0
(2)
Подставив формулу (2) в отношение (1), получим:
Rtg
IN
B
Г
2 0
(3)
Измерив угол
и силу тока I и зная радиус катушки R и число витков в ней N, можно по формуле (3) определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли, которая для данной географической широты будет величиной постоянной.
Уравнение (3) можно представить в таком виде:
49
tg
C
tg
N
R
B
I
Г
0 2
(4)
Величина С называется постоянной тангенс-гальванометра и рассчитывается по формуле:
N
R
B
С
Г
0 2
(5)
Таким образом, величина тока изменяется пропорционально тангенсу угла отклонения магнитной стрелки, поэтому рассматриваемый прибор и называется тангенс-гальванометром.
Знание постоянной прибора С позволяет использовать тангенс- гальванометр в качестве амперметра.
II. ПОРЯДОК РАБОТЫ
1. Подключить тангенс-гальванометр к соответствующим клеммам установки, предварительно установив ручку переключателя в вертикальное положение (цепь разомкнута) и выведя движок реостата в крайнее левое положение.
2. Установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана, поворачивая тангенс-гальванометр до тех пор, пока конец магнитной стрелки не установится на 0°.
3. Замкнуть цепь переключателем П.
4. Установить, перемещая движок реостата, определенное значение тока I.
5. Определить по круговой шкале тангенс-гальванометра угол
1
, соответствующий равновесному положению магнитной стрелки.
6. Изменить переключателем П направление тока в катушке.
Определить угол отклонения магнитной стрелки
2
, соответствующий другому направлению тока в катушке.
7. Рассчитать средний угол отклонения магнитной стрелки по формуле:
2 2
1
8. Оценить по прибору абсолютную погрешность угла отклонения магнитной стрелки
. Её следует выразить в радианах
(1 0
=1,7510
-2
рад).
9. Вычислить по формуле
(3) значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
Г
B
. Рассчитать её абсолютную погрешность:
50 2
2 2
2 0
0
cos sin
R
R
I
I
B
B
Г
Г
и относительную погрешность:
Г
Г
В
В
100%.
Записать окончательный результат:
)
(
Г
Г
Г
B
B
В
Тл.
10. Определить по формуле (5) постоянную тангенс-гальванометра С.
Рассчитать её абсолютную погрешность:
2 2
2 0
0
R
R
B
B
C
C
Г
Г
и относительную погрешность:
С
С
100%. Записать окончательный результат:
)
(
C
C
C
А.
11. Сделать выводы.
III. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что представляет собой магнитное поле?
2. Каковы источники магнитного поля?
3. Дать определение основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции. В каких единицах она измеряется? Записать ее формулу, пояснить все входящие в нее величины и их единицы измерения.
4. Что называется силовой линией магнитного поля?
5. Как выглядит картина силовых линий магнитного поля Земли?
6. Как формулируется и записывается закон Био-Савара-Лапласа?
7. Как формулируется и записывается закон полного тока (теорема о циркуляции)?
8. В чем суть принципа суперпозиции полей и как он применяется в данной работе?
9. Записать формулу магнитной индукции поля в центре кругового тока. Пояснить входящие в нее величины и их единицы измерения.
10. Нарисовать силовые линии для прямолинейного и кругового проводника с током.
IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
51 3. Приборы и принадлежности.
4. Схема установки.
5. Расчетные формулы: горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли:
Г
B
=
Г
B
= постоянная тангенс-гальванометра:
С=
С=
6. Сила тока в катушке:
I=
I
I
I
7. Угол отклонения магнитной стрелки:
1
=
2
=
8. Расчет горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:
Г
B
=
Г
B
=
Г
Г
В
В
100%=
Окончательный результат:
Г
B
=
9. Расчет постоянной тангенс-гальванометра:
<С>=
С=
С
С
100%=
Окончательный результат: С=
10. Выводы.
52
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э9
ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
Цель
работы: ознакомиться с принципом работы милливеберметра и изучить зависимость индукции магнитного поля от силы тока в обмотке электромагнита.
Приборы и принадлежности: электромагнит с подвижными наконечниками, милливеберметр с измерительной катушкой, выпрямитель.
I. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Рис.1. Схема рабочей установки: 1 - выпрямитель; 2 - электромагнит;
3 - милливеберметр; 4 - измерительная катушка.
Милливеберметр представляет собой баллистический гальванометр, используемый для измерения магнитного потока.
Гальванометры - это приборы, служащие для измерения слабых и кратковременных электрических токов.
Баллистический гальванометр является разновидностью гальванометра магнитоэлектрической системы, в котором лёгкая рамка при пропускании по ней тока поворачивается под действием силы
Ампера в магнитном поле постоянного магнита, увлекая за собой стрелку прибора. Баллистический гальванометр отличается от обычного искусственным увеличением момента инерции его подвижной системы для быстрого затухания колебаний рамки. Так как при измерениях баллистическим гальванометром время протекания тока мало (меньше периода колебаний рамки), то можно считать, что рамка начинает свое движение уже после протекания тока, и первый отброс стрелки прибора пропорционален количеству электричества q,
прошедшему через рамку.
Баллистический гальванометр (веберметр) включается в цепь измерительной катушки, помещаемой в исследуемое магнитное поле
53
(в данной лабораторной работе веберметр помещается между полюсами электромагнита).
Полный магнитный поток (потокосцепление) через катушку, установленную перпендикулярно силовым линиям магнитного поля определится соотношением:
NBS
NФ
, где S - сечение одного витка катушки; N - количество витков.
При изменении магнитного потока через измерительную катушку, например, выключением тока в цепи электромагнита или поворотом катушки, в ней возникает ЭДС индукции:
dt
d
i
, а следовательно, и индукционный ток:
R
I
i
i
. Поскольку сила этого тока не постоянна
const
I
i
, то в цепи измерительной катушки и рамки гальванометра возникает ЭДС самоиндукции:
dt
dI
L
S
По второму правилу Кирхгофа:
S
i
IR
, или
dt
dI
L
dt
d
IR
, где R - активное сопротивление катушки и рамки гальванометра. Интегрируя последнее соотношение и учитывая, что
Idt = dq, I
нач
= 0, I
кон
= 0,
получаем:
0
)
(
Rq
I
I
L
Idt
R
нач
кон
, т.е. количество протекшего через катушку и рамку гальванометра электричества (заряда q) пропорционально изменению магнитного потока через витки измерительной катушки.
Отброс стрелки баллистического гальванометра, пропорциональный количеству протекшего через него электричества, будет пропорционален изменению магнитного потока через витки измерительной катушки, соединенной с гальванометром:
)
(
0
С
,
(1) где
0
- начальное положение стрелки веберметра;
- отброс стрелки при включении тока в цепи электромагнита; С - постоянная веберметра.
При выключении тока в электромагните магнитный поток уменьшится до нуля и изменение магнитного потока: