№ 63 (Методические разработки к лабораторным работам), страница 3

Тл .По результатам измерений в пункте 1.3 амплитуда магнитной индукцииравна:mT,(10)Bm4N1S1Эта формула получается из тех же соотношений (3-5,9), если учесть, что заполовину периода магнитная индукция в соленоиде меняется от Bm до Bm полинейному закону, т.е. с постоянной скоростью, равной 2 Bm 0,5 T 4 Bm T .2) Bm ... Тл .Расчет индукции магнитного поля по формуле для бесконечно длинногосоленоида(11)Bm0 nIm ,где 0 4 10 7 Тл м - магнитная постоянная, n - число витков на единицудлины соленоида: n N l , где N 422 - число витков в каждом соленоиде,l 120мм 0,12 м - длина каждого соленоида.3) Bm ...

Тл .Сравнение трех полученных значений магнитной индукции в соленоиде Bmпоказывает, что два первых значения отличаются друг от друга в пределахпогрешности эксперимента, которая может составлять ~15 %. (Предлагаетсясамостоятельно оценить реальную погрешность результата определения Bm.)Третье значение Bm более существенно отличается от первых двух: ононесколько завышено, что вполне объяснимо.

Дело в том, что это значениеполучено по формуле (11) для идеального бесконечно длинного соленоида, длякоторого l d . Реальный соленоид имеет отношение l d 5 и кроме тогомежду двумя его половинами имеется зазор, что значительно снижает величинуBm . Следовательно, значения Bm , полученные индукционным методом(формулы (9), (10)), более точно соответствуют истинному значениюмагнитного поля соленоида.Bm14Упражнение 2ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ЭМИФАРАДЕЯИзмерения выполняются при пилообразной форме изменения тока всоленоиде (см.

упражнение 1, п.3). Регулировкой выходного напряжениягенератора установить U 1 на экране осциллографа, равной двум-тремделениям при чувствительности по Y1 100mV дел . При дальнейшей работеследует следить за тем, чтобы это значение U 1 оставалось неизменным.Установить частоту генератора100 Гц и провести измерение U 2 вделениях шкалы, полученное значение занести в таблицу 1. Изменяя частотугенератора с шагом 100 Гц , произвести аналогичное измерение U 2 .

(Приустановке частоты 400 Гц и выше следует воспользоваться дополнительныммножителем 3 , для чего необходимо нажать кнопку с символом « 3 ».)Следует заметить, что с увеличением частоты увеличивается скоростьизменения магнитной индукции dB dt и, соответственно, U 2 . При этом дляпроведения измерений необходимо корректировать чувствительность второгоканала осциллографа Y2 и длительность развертки по оси X. С этой целью втаблице 1 приведены рекомендуемые значения чувствительности по Y2 и по Xдля различных частот. При проведении реальных измерений возможныотклонения от рекомендованных значений в ту или иную сторону.

В этомслучае эти отклонения следует занести в таблицу. Можно считать, что условияпроведения измерений U 2 оптимальны, если U 2 не меньше 2-3 делений, ноне больше 6-7 делений, причем измеряемый участок картинки не выходит запределы сетки экрана осциллографа.Таблица 1, Гц разв. по xms/делU2, дел. цена дел. ,mV/дел.U2, mV dФ/dt, Вб/c1002,0...5......2001,0...10......3001,0...20......4000,5...20......5000,5...50......6000,5...50......7000,2...50......8000,2...100......Так как магнитная индукция в соленоиде меняется по линейному закону,т.е. с постоянной скоростью, от Bm до Bm за половину периода, то скоростьизменения потока магнитной индукции в катушке датчика можно рассчитать поформулеdФ4Bm N1S1 Вб c .(12)dt15Поскольку амплитудное значение тока в соленоиде не изменяется повеличине ( U 1 const ) при изменении частоты генератора, то Bm являетсяконстантой (значение Bm определялось в упражнении 1.

п.3). Следовательно,dФ dt оказывается прямо пропорционально частоте , а εmU 2 2 . Построитьзависимость m от dФ dt .Упражнение 3ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯВыдвинуть из соленоидов датчик D1 и отсоединить его кабель от входавторого канала Y2 осциллографа. В зазор между соленоидами вставить плоскийкольцевой датчик D2 так, чтобы его центр оказался на оси соленоидов.Используя запасной коаксиальный кабель (синий) со штекерами на конце,подсоединить ко второму каналу Y2 осциллографа первый контур (клеммы 1,2).Установить частоту генератора100 Гц . Измерить величину U 2 в деленияхшкалы экрана и занести результат в таблицу 2. (Рекомендуемаячувствительность по Y2 5mV дел.

, см. табл. 2). Для подключения второгоконтура достаточно переставить штекер с клеммы 1 на клемму 3 (так какполярность U 2 для настоящих измерений значения не имеет) и повторяетсяизмерение U 2 . Последовательно переходя к следующему контуру, повторяютизмерение U 2 и данные записывают в таблицу 2. При подключении i-гоконтура штекеры должны находиться на клеммах с номерами i и i+1.Таблица 2r, mm101520253040506070U2, дел.цена дел. поY2, mV/дел.2 NrEm, mV/m.Напряженность вихревого электрического поля в соответствии с теоремой оциркуляции рассчитывается по формулеE(r)U24 Nr,(13)где r - радиус соответствующего контура (см. таблицу 2), N 50 - .числовитков в каждом контуре.

Построить график зависимости напряженностивихревого электрического поля от радиуса контура E (r ) и объяснитьполученный результат. Радиус соленоида Rc 26мм .16Контрольные вопросы1. Что такое явление электромагнитной индукции?2. Сформулировать закон ЭМИ и правило Ленца.3. Какова природа ЭДС индукции?4. Что такое вихревое электрическое поле и каковы его свойства?5. Что такое поток и циркуляция вектора?6. Используя наблюдаемые зависимостиU 1 (t ) иU 2 (t ) , вывестисамостоятельно формулы (9), (10), (11), (12), (13).ЛИТЕРАТУРА1.

Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. Книга 2“Электричество и магнетизм”, Издание 4-е, переработанное. Москва. Наука.Физматлит. 1998.Глава 8. Электромагнитная индукция.8.1. Явление электромагнитной индукции.8.2. Электродвижущая сила индукции.8.3. Методы измерения электромагнитной индукции.Глава 9. Уравнения Максвелла.9.1. Вихревое электрическое поле.17.