Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Кафедра фізики
Лабораторна робота № 3 – 4
«Визначення напруженості магнітного поля на
осі соленоїда»
Вінниця 2009
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:
(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 Rk- 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 Сg – стала балістичного гальванометра (рівна ціні однієї поділки шкали балістичного гальванометра).
З формул (8) і (9) маємо:
(10)
Величини S, N1, R, Rg, Cg, 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 Нх від х. Початок координат сумістити з точкою в центрі соленоїда.
Соленоїд:
L=57 см
N=5130 витків
d=5,2 см
R=110 Ом
β=3,6∙10-8 A/под.
Котушка:
L=1,1 см
dк=3,7 см
dn=0,07 мм
R=1,22 кОм
N=500 витків
S=1,278∙10-3 м2
а1
а2
а3
асернеднє
Замикання
15
14
13
14,...
