№ 58 (Методические разработки к лабораторным работам)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 58ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИКРУГОВОГО ТОКАОписание составили:ст. преп. Овчинникова Т.Л., доцент Попов Ю.Ф.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИКРУГОВОГО ТОКАУпражнение 1ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙИНДУКЦИИ КРУГОВОГО ТОКАНа правый конец параллельного рейтера (направленного вдоль осисоленоидов) установить плоскийкольцевой контур Lk (6) (рис.

1а),моделирующийкруговойток.Установить датчик ЭМИ D1 на этотже рейтер. Развернуть катушкудатчика так, чтобы еѐ ось совпадалапо направлению с осью кольцевогоконтура ( 0" на лимбе). Передвигаяподставку датчика и кольцевойконтур по рейтеру, найти такоеРис. 1.а) Измерениемагнитнойиндукцииположение, при котором датчиккругового тока: расположение кольцевого контуранаходится в центре кольцевогои датчика ЭМИ D1 .контура, а риска на подставке1 – датчик ЭМИ; 2 – горизонтальная штанга; 3 –датчика отмечает целочисленноестопорный винт; 4 – коаксиальный кабель; 5 –параллельный рейтер; 6 – кольцевой контур Lk ;значение (в см) по шкале рейтера.7,8 – клеммы подключения контура.Этоположениедатчикасоответствует значению параметраx 0 (см. рис. 1а).Собрать схему, как показано нарис. 1б.

В узлах схемы использоватьпроводаскомбинированнымиштекерами (с гнѐздами). НапряжениеRсрезисторапосредствомкоаксиальногокабеля(белого)Рис. 1. б) Измерение магнитной индукцииподатькругового тока: схема включения.на разъѐм входа первого каналаосциллографа Y1 Кабель с датчика ЭМИ D1 (синий) подключить на разъѐмвхода второго канала Y2 . Включить генератор и осциллограф и дать импрогреться 2-З минуты.Задать частоту генератора (см. п. 9 задачи № 57), близкую к одному изn 100 Гцзначений( n 1,2,...5,6 )(соответственноскорректироватьдлительность развертки по x ). Плавной регулировкой выходного напряжениягенератора установить на первом канале осциллографа величину U1 , равную43-4деленияммВ ...мВ;шкалыэкрана.Записатьзначения:U1n дел х 100...Гц .Измерить на втором канале ЭДС индукции U 2 , используя методику,описанную в п.

9 (рис. 12,б) задачи № 57 и занести результат в табл. 1. Припоследующих измерениях изменять параметр x с шагом 2 см, заносяизмеренные значения U 2 в таблицу. По мере увеличения параметра xвеличина ЭДС индукции уменьшается, при этом возможно потребуетсяпереход на более высокую чувствительность по второму каналу (50, 20, 10, ...мВ).Таблица 1.Nх, смn, делМасштаб,мВ/дел10n110022n2…34n3…………1120…mU2,2Bэкс , ГсмВАмплитудные значения тока в контуре I m , и ЭДС индукцииImU12RU2, соответственно. Экспериментальное значение магнитной2индукции кольцевого контура Вэкс вычисляется по формуле (25) (см.

п. 7равныmзадачи № 57). Параметры датчика ЭМИ: диаметр d1 = 18 мм, число витков N1= 250. Результаты расчѐтов представить в гауссах и записать в табл. 1.Упражнение 2ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИКРУГОВОГО ТОКАПараметры кольцевого тока Lk диаметр D = 70 мм, число витков N= 400.Амплитудное значение тока в контуре равно I mU12Rа полныйкруговой ток равен I k NI m .Рассчитать зависимость функции (R2 x2 )3|2 от параметра x и занести втабл. 2 ( R - радиус кольцевого контура.

R = 3,5 см). Используя формулу (11)(см. задачу № 57) и данные по (R2 x2 )3|2 , рассчитать зависимость магнитной5индукции на оси кругового тока I k от параметра x . Результаты расчѐтапредставить в гауссах и занести в табл. 2. На одном графике построитьзависимости Вэксп (х) и Втеор(х) .Таблица 2NХ, см102234……1120( R2Втеор , Гсx2 )3|2Для параметра х 0 рассчитать значения коэффициентовК экспВэкспIm...Гс; К теораВтеорIm...Гс.аАНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНОЙИНДУКЦИИ КРУГОВОГО ТОКАИспользуя формулу (21) (см.

задачу № 57) и рис. 1 в, объяснить,почему экспериментальные значения магнитной индукции кругового токаВэкс меньше значений Втеор . Почему различие между Вэкс и Втеор уменьшаетсяс увеличением параметра x .Рис. 1. в) Измерение магнитной индукции кругового тока: датчик ЭМИ в неоднородном магнитном поле. d1- диаметр и l - длина катушки датчика;B, B1 , B2 - - магнитная индукция в различных точках объѐма,занимаемого датчиком.6Контрольные вопросы1.

Закон Био-Саввара и магнитная индукция прямолинейного тока.2. Закон Био-Саввара и магнитная индукция кругового тока.3. Циркуляция вектора магнитной индукции и магнитное поле соленоида.4. Нарисовать силовые линии магнитной индукции двух:а) параллельных токов (токи в одном направлении);б) антипараллельных токов (токи в противоположных направлениях).5. Два длинных прямолинейных проводника с током I соединены подпрямым углом элементом окружности радиуса R из проводника.Чему равна магнитная индукция в центре закругления?6.

Квадратный контур из проводника с током I создаѐт в центре магнитнуюиндукцию В1 . Сторона квадрата равна l . Как изменится магнитнаяиндукция в центре контура, если его превратить в окружность безизменения длины?ЛИТЕРАТУРА1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1970, гл.VI.Магнитное поле в вакууме. §§ 38-42.2. Белов Д.В. Электромагнетизм и волновая оптика. М.: Изд-во МГУ, 1994.Гл. III. § 7.7.