Файл: Исследование магнитного поля кругового тока.docx

Скачать файл (0,55Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 149

Скачиваний: 9

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 № 13

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА

(закон Био – Савара – Лапласа)

Выполнил Петров Олег

Группа № 0401

Факультет ФЭА
Преподаватель: Алексеева Ольга Сергеевна

Санкт-Петербург

2021

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

Исследование магнитного поля кругового тока

Цель работы: Ознакомление с методикой измерения индукции магнитного поля, экспериментальное исследование магнитного поля, созданного круговым током, приобретение навыков расчёта магнитного поля с помощью закона Био – Савара – Лапласа.

Приборы и принадлежности: лабораторный макет установки для исследования магнитного поля кругового тока.

1 – Планшет, нанесённой на него координатной сетки;

2 – Кольцо, внутри которого медным проводом намотана катушка;

3 – Генератор;

4 – Катушка-датчик;

5 – Измерительная схема.

Исследуемые закономерности

Магнитное поле кругового тока.

Индукция магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводнике произвольной формы, рассчитывается с помощью закона Био – Савара – Лапласа

Проекция на ось витка данной формулы выглядит следующим образом:

^,^{где R – радиус кругового тока,}

^{I – сила тока, N – число витков в катушке.}

^{Магнитный момент}^.

^{Будучи помещённым в магнитное поле, круговой виток с током испытывает на себе действие вращающего момента силы и ориентируется в поле таким образом, что плоскость витка располагается перпендикулярно вектору магнитной индукции внешнего поля.}

^{pm – магнитный момент витка с током}

^{I – сила тока в витке, S – площадь, охваченная током витка, n – единичный вектор нормали к плоскости витка.}

Явление электромагнитной индукции.

Процесс измерения значений индукции магнитного поля основан на использовании явления электромагнитной индукции

S – эффективная площадь сечения катушки датчика w – число витков катушки датчика.

Обработка результатов

1, 2. Для определения значения магнитного поля в точках, где проводились измерения, используется масштабный коэффициент, вычисляемый по формуле:

= 1,7*10^-7[Тл/В]

где за U₀ берётся значение напряжения в точке (0, 0)

^{Тогда для значений, вычисленных по на оси витка магнитное поле будет следующим:}

^{Таблица1.}

^x,^см

⁰

^B,^мкТл

235,7

253,1

268,2

279,9

287,3

289,8

287,3

279,9

268,2

253,1

235,7

^y,^см

-5

-4

-3

-2

-1

^U,^мВ

Теоретическая кривая строится по уравнению:

Сравнение экспериментальных и теоретических значений:

Рисунок 1 – Значения индукции магнитного поля на оси витка

Значения наиболее схожи ближе к нулю координатной плоскости, сами точки описывают кривую того же типа, что и теоретическое ожидание.

3, 4. Для измеренных в других точках напряжений также были получены значения индукции поля:

^{Таблица1.}
^y,^см						⁰
^B,^мкТл	289,8	286,4	289,8	300,2	310,5	327,8	334,7	365,8	400,3	448,6	527,9
^x,^см	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
^U,^мВ	84	83	84	87	90	95	97	106	116	130	84

Рисунок 2 – Значения индукции магнитного поля на оси витка

5. Модуль магнитного момента витка с током рассчитывается по формуле:

Вращающий момент, действующий на виток в поле Земли, будет максимальным, если плоскость витка будет перпендикулярна линиям широты, тогда вектор вращающего момента будет направлен к центру или от центра Зе*мли, в зависимости от направления тока в витке, а модуль вращающего момента будет равен:

^Н·м

Вывод:

в работе было проведено исследование магнитного поля, созданного круговым током, подтверждён закон Био – Савара – Лапласа на основе сравнения экспериментальных и теоретических значений. Рассчитаны значения векторов индукции. Оценено силовое воздействие поля Земли на виток с полем.

ИДЗ

4) Что называется магнитным моментом контура с током? Что происходит с контуром с током в однородном и неоднородном магнитном поле?

Магнитный момент – векторная физическая величина, характеризующая магнитные свойства тел и частиц тела, для плоского замкнутого электрического контура численно равная произведению силы тока I на площадь S, ограниченную контуром и направленную перпендикулярно к плоскости, в соответствии с правилом правого винта, где n – единичный вектор нормали к площади контура.

Однородное поле

сли по контуру пустить ток, возникнет магнитный момент, который будет стремиться развернуть рамку. На рамку со стороны поля действует сила Ампера. Она будет действовать с двух сторон, т.е. действующие силы(Ампера) будут равны по модулю и противоположны по направлению. В результате их действия создастся вращательный момент откуда .

Под действием этого момента

контур с током проворачивается так, чтобы вектор магнитного момента совпал по направлению с вектором индукции.

Неоднородное поле

Если контур с током находится в неоднородном магнитном поле, то на него, помимо вращающего момента , действует также сила , обусловленная наличием градиента магнитного поля.

Пусть поле изменяется быстрее всего в направлении – x, совпадающем с направлением в центре контура. Тогда сила, действующая на контур:

, где α – угол между магнитным моментом и магнитной индукцией.

Таким образом, если вектор магнитного момента и вектор магнитной индукции совпадают по направлению, то сила будет втягивать контур в область более сильного поля. Если они противоположны, то сила направлена в сторону убывания поля.

14) Дайте определение основным характеристикам магнитного поля: индукция, намагниченность и напряжённость магнитного поля.

Магнитная индукция

— векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой