Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела, страница 8

Зацепив мышью, перемещать движок регуляторатока. Зафиксировать первое значение величины тока i1, из указанныхдля вашей бригады.2. Перемещая мышью «руку» вблизи провода, нажимать левуюкнопку мыши на расстояниях r от оси провода, указанных в табл.7.5.Значения индукции поля B1 записать в табл.7.5.Таблица 7.5rсм2345678910k Тл·м0 Гн/м0 Гн/мi1 = ___ A i2 = ___ A i3 = ___ A i4 = ___ AB1B2B3B4ТлТлТлТл1/rм–1––3. Повторить измерения для трех других значений тока. Результатызанести в табл.7.5.4. Вычислить и записать в табл.7.5 значения (1/r).5.

Построить на одном графике зависимости индукции магнитногополя В от обратного расстояния (1/r) для разных значений тока впроводе.6. Определить угловые коэффициенты наклона k полученныхпрямых по двум любым точкам А и С для каждого графика:kBА(1 r ) АBС(1 r ) С(7.62)и результаты занести в табл.7.5.7. Согласно формуле (7.57) определить экспериментальныезначения магнитной постоянной 0 для каждого графика5702ki(7.63)и подсчитать среднее значение 0 . Все результаты записать в табл.7.5.8. Вычислить относительную погрешность измерения по формуле:( 0 ) теор0,( 0 ) теоргде ( 0)теор = 4 ·10–7 Гн/м.Упражнение 2.Изучение магнитного поля кругового витка с током.1.

Закрыть окно эксперимента 1, нажав кнопку в правом верхнемуглу внутреннего окна. Запустить, дважды щелкнув мышью,следующий эксперимент «Магнитное поле кругового витка с током»рис.7.19б). Зацепив мышью, перемещать движок регулятора тока.Зафиксировать первое значение величины тока i1, из полученныхвашей бригадой.2. Перемещая мышью «руку» по оси витка, нажимать левую кнопкумыши на расстояниях х от центра витка, указанных в табл.7.6.Значения индукции поля B1 записать в табл.7.6.Таблица 7.6R2xсм2345678910k Тл·м0 Гн/м0 Гн/м(R 2x 2 )3 2–1мi1 = ___ A i2 = ___ A i3 = ___ A i4 = ___ AB1ТлB2ТлB3ТлB4Тл––3.

Повторить измерения для трех других значений тока. Результатызанести в табл.7.6.58R24. Вычислить и записать в табл.7.6 значения.(R 2 x 2 ) 3 25. Построить на одном графике зависимости индукции магнитногополя В от величиныR2(R 2для разных значений тока в витке.x 2 )3 26. Определить угловые коэффициенты наклона k полученныхпрямых по двум любым точкам А и С для каждого графика:BАk2R(R 2 x 2 ) 3 2 АBС2(7.64)R(R 2 x 2 ) 3 2 Си результаты занести в табл.7.6.7. Согласно формуле (7.53) определить экспериментальныезначения магнитной постоянной 0 для каждого графика2(7.65)kiи подсчитать среднее значение 0 .

Все результаты записать в табл.7.6.8. Вычислить относительную погрешность измерения по формуле:0(0 ) теор(0 ) теор0.Упражнение 3.Изучение магнитного поля бесконечно длинного соленоида.1. Закрыть окно эксперимента 2, нажав кнопку в правом верхнемуглу внутреннего окна. Запустить, дважды щелкнув мышью,следующий эксперимент «Магнитное поле соленоида» (рис.7.19в).Зацепив мышью, перемещать движок регулятора тока.

Установитьпервое значение величины тока i1, из полученных вашей бригадой.2. Перемещая мышью «руку» по оси соленоида, определитьмаксимальное значение индукции магнитного поля. Занести в табл.7.7это значение и координату соответствующей точки.3. Используя калькулятор программы, который вызываетсянажатием на кнопку «инструменты», определить граничное значениеиндукции магнитного поля Вгр, которое будет относиться к областиоднородности r (областью однородности соленоида называетсяобласть, в которой индукция магнитного поля меняется не более, чемна 10% от максимальной).594. Перемещая мышью «руку» по оси соленоида, определитькоординату хгр для полученного значения Вгр. Результат занести втабл.7.7.Таблица 7.7BmaxТлхсмBгрТлхгрсмΔrсмrсмi1 = …. Ai2 = ….

Ai3 = …. Ai4 = …. A5. Записать в табл.7.7 значение области однородности r с учѐтомсимметричности соленоида.6. Повторить измерения по п.п. 1-5 для трех других значений тока.Результаты записать в табл.7.7.7. Вычислить среднее значение области однородности r .8. Провести анализ всех полученных результатов и сделать выводы.9. Оценить погрешность проведенных измерений.Контрольные вопросы1. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа и принципсуперпозиции для магнитного поля.2.

Сформулировать теорему о циркуляции вектора магнитнойиндукции.3. Получить формулу для индукции магнитного поля на осикругового витка с током.4. Получить формулу для индукции магнитного поля прямогопровода с током.5. Получить формулу для индукции магнитного поля в центресоленоида.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 65Изучение явления взаимной индукцииЦель работы: исследование явления взаимной индукции двухкоаксиально расположенных (соосных) катушек.Методика измеренийВ данной работе изучается коэффициент взаимной индукции междудлинной катушкой 1 (L1) и короткой катушкой 2 (L2), котораянадевается на катушку 1 и может перемещаться вдоль ее оси.

Питание60одной из катушек, например 1, осуществляется от генератора звуковойчастоты ГЗ–106, напряжение с которого(7.66)u u 0 cos tподается через сопротивление R. Величина R выбирается такимобразом, чтобы выполнялось неравенствоR12RL212,где L1 – индуктивность катушки 1, R1 – ее активное сопротивление.В этом случае ток, протекающий через катушку 1, можноопределить по формулеu u0i1cos t i01 cos t.(7.67)R RКак следует из формулы (7.23) переменный ток в катушке 1 создаетпеременную ЭДС взаимной индукции в катушке 2diu(7.68)M 21 1 M 21 0 sin t .2dtRАмплитуда ЭДС взаимной индукцииuuM 21 0M 21 0 2 f ,(7.69)02RRгде f – линейная частота сигнала от звукового генератора.Из формулы (7.69) имеем02 R.(7.70)M 212 fu 0Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно аналогично получить01R(7.71)M122 fu 0Экспериментальная установкаДля изучения явления взаимной индукции предназначена кассетаГЗ-106~П2П1RL1Рис.

7.20L2ЭО61ФПЭ–05/06 ―Взаимоиндукция‖, в которой расположены две катушкииндуктивности 1 (L1) и 2 (L2) на одной оси и шток со шкалой (Ш),показывающий взаимное расположение катушек 1 и 2.Принципиальная схема установки показана на рис.7.20. Дляперестановки катушек необходимо переключатели П1 и П2 переброситьв противоположное положение.Электрическая схема подключения показана на рис.7.21.ФПЭ-05/06L1L2ШГЗ-106ЭОРис.

7.21Кассета подключается к звуковому генератору ГЗ–106. Вольтметр,расположенный на панели ГЗ–106, измеряет действующие(эффективные) значения напряжения:(7.72)u эфф. u 0 2 .Для измерения амплитуды ЭДС взаимной индукции используетсяэлектронный осциллограф (ЭО).Порядок выполнения работыУпражнение 1.Измерение коэффициентов взаимной индукции М21 и М12 иисследование их зависимости от взаимного расположения катушек.1.

Собрать схему, изображенную на рис.7.21.2. Задать напряжение u эфф. = 2 В и частоту f сигнала генератора (поуказанию преподавателя), подать напряжение на катушку 1 (спомощью переключателя П1), а ЭДС катушки 2 подать на осциллограф(с помощью переключателя П2). Положение переключателя ―V/дел‖ напередней панели осциллографа ЭО (С1–73) установить 0,02–0,05 В/дел(здесь указывается цена большого деления на экране ЭО).623. Установить подвижную катушку 1 в крайнее переднее положение.Перемещая ее в противоположное крайнее положение через 1 см,записывать значение координаты Z (расстояние между центрамикатушек) и ЭДС взаимной индукции в цепи катушки 2 02 в табл. 7.8.Таблица 7.8u эфф. = 2 ВZcм1234567891002дел.Вf = ...

ГцМ21Гн01дел.ВМ12Гн4. По формуле (7.70) рассчитать значение М21. Полученные данныезанести в табл.7.8.5. Поменяв местами катушки L1 и L2 (с помощью переключателейП1 и П2), повторить измерения по п.п. 2, 3 и по формуле (7.71)рассчитать М12.6. Построить графики зависимости М21 и М12 как функциикоординаты Z ( расстояния между центрами катушек).Упражнение 2.Измерение М21 при различных значенияхамплитуды питающего напряжения.1. Поставить катушку 1 в среднее положение относительно катушки 2.2. Задать частоту звукового генератора ГЗ–106 по указаниюпреподавателя (например, 104 Гц).3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции 02 при различныхзначениях напряжения u эфф. в цепи катушки 1 в интервале 0 – 5 В.Результаты занести в табл.7.9.4.

По формуле (7.70) рассчитать М21. Полученные данные занести втабл.7.9.63Таблица 7.9R = 104 Омf = ... Гц№п.п12345678910u эфф.В0,511,522,533,544,55М21Гн02ВУпражнение 3.Измерение М21 при различных частотах питающего напряжения.1. Поставить катушку 1 в среднее положение относительно катушки 2.2. Задать напряжение генератора по указанию преподавателя(например, 2В).3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции 02 при различныхчастотах звукового генератора от 5 до 20 кГц (не менее 10 значений).Записать результаты в табл.7.10.Таблица 7.10R = 104 Омu эфф.

= ... В№п.п12345678910fГц02ВМ21Гн644. По формуле (7.70) рассчитать М21. Полученные данные занести втабл.7.10.5. Для одного из полученных значений М21 рассчитать абсолютнуюи относительную погрешности.Контрольные вопросы1. Чему равна ЭДС индукции двух контуров?2.

От чего зависит коэффициент взаимной индукции?3. Объяснить полученный график зависимости М21 = f(Z).ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 67Изучение гистерезиса ферромагнитныхматериаловЦель работы: изучение явления гистерезиса: построение основнойкривой намагничивания и максимальной петли гистерезиса,определение ее параметров.Методика измеренийВсе вещества обладают магнитными свойствами, т.е.

являютсямагнетиками. Магнитные свойства веществ определяются величиной иориентацией магнитных моментов молекул, ионов или атомов.Магнитный момент р m плоского контура площадью S, по которомутечет ток i, определяется по формуле(7.73)p m iSn ,где n - единичная нормаль, направление которой определяется поправилу правого винта.В магнитном поле с индукцией B0 на замкнутый контур с токомдействует момент сил M [p m B0 ](7.74)  ,M p m B sin( p m , B0 )который стремится повернуть контур так, чтобы направления векторовp m и B0 совпадали.Контур с током создает также собственное магнитное поле синдукцией B , совпадающее по направлению с магнитным моментомp m контура. В устойчивом состоянии контура, когда M 0 , векториндукции результирующего поля (7.75)B B0 B65всегда больше вектора индукции B0 внешнего магнитного поля.Увеличение индукции B внутри контура с током в магнитном полекачественно объясняет увеличение индукции в ферромагнетике,помещенном во внешнее магнитное поле.По гипотезе Ампера, собственное поле в B в магнетике образуетсямикротоками, с каждым из которых связан собственныймагнитныймомент p m , создающий собственное микрополе BмикроBBмикро .(7.76)Намагниченность J определяется, как магнитный момент единицыобъема магнетикаpm,(7.77)JVгде V – малый объем магнетика, p m - сумма магнитных моментоввсех молекул в объеме V.Намагниченность связана с напряженностью магнитного поляформулойJH,(7.78)где χ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитнойвосприимчивостью вещества.Магнитные свойства вещества характеризуются также магнитнойпроницаемостью µ.