Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела (1013067), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

По построенному графику определить (см. рис. 7.25):а) напряженность Нн и индукцию Вн, соответствующие состояниюмагнитного насыщения;б) остаточную намагниченность Вr;в) коэрцитивную силу Нс;г) по значению коэрцитивной силы Нс определить тип магнетика:жесткий или мягкий. Результаты записать в табл.7.14.Таблица 7.14НнА/мВнТлВrТлНсА/мТип магнетика–Контрольные вопросы1. Магнитный момент плоского контура с током.2. Механический момент, действующий на контур с током вмагнитном поле.3. Гипотеза Ампера о природе магнетизма в веществе.4.

Основные характеристики магнитных свойств веществ:намагниченность,магнитнаявосприимчивостьимагнитнаяпроницаемость.5. Классификация магнетиков. Диа- и парамагнетики.6. Ферромагнетики. Ориентация доменов при отсутствии и наличиивнешнего магнитного поля.7. Петлягистерезиса.Основнаякриваянамагничивания.Остаточный магнетизм и коэрцитивная сила. Мягкие и жесткиеферромагнетики.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 76Изучение явления электромагнитной индукцииЦель работы: изучение зависимости электродвижущей силы (ЭДС)индукции от частоты вращения и ориентации катушки в магнитномполе Земли.74Методика измерений и экспериментальная установкаПринципиальная схема установки изображена на рис.7.29.132YHnH0Хn91ONOSmV87654Рис. 7.29Установка состоит из катушки 1, которая может вращаться вокругоси Y.

Опора 2 может вращаться относительно оси Х. При этом уголотклонения нормали n может быть измерен по шкале 6. Опора 2,стрелка 8 и ось вращения контура Y фиксируются в заданномположении винтом 7. Катушка 1 соединяется с измерителем ЭДСиндукции (милливольтметром 4) с помощью скользящих контактов 5.Угол 1 между горизонтальной плоскостью 3 и вектором H 0магнитного поля Земли называется углом магнитного наклонения.

Дляшироты Москвы 1 = 72 . Плоскость, проходящая через ось,соединяющую магнитные полюса, называется плоскостью магнитногомеридиана. Магнитная стрелка компаса 9 всегда располагается вплоскости магнитного меридиана.В основе экспериментальной методики лежит закон Фарадея (7.16),в соответствии с которым ЭДС индукции i возникает в катушке привращении ее в магнитном поле Земли.Если ось вращенияY катушки 1 перпендикулярна силовым линияммагнитного поля H 0 ( = 1), а катушка вращается с угловой скоростью2 f (где fчастота) вокруг оси Y , то магнитный поток,проходящий через катушку в любой момент времени t согласноформулам (7.14) и (7.3) запишется750 cos0 H 0S cost,(7.89)где Ф0максимальное значение магнитного потока, проходящегочерез катушку,t – угол между силовыми линиями магнитногополя Земли и нормалью к плоскости катушки.По закону Фарадея (7.16) ЭДС индукцииd(0 H 0S cost)(7.90)0 H 0S sin t .dtЭДС индукции, возникающая в катушке данной установки,состоящей из N витков, определяется формулой (7.17)iiNNiN0 H 0S sint.(7.91)Милливольтметр измеряет эффективное значение ЭДС индукции,пропорциональное амплитуде ЭДС индукции iэфф.

~ i 0 Ni0 NN0 H 0S2 f0 H0SN .(7.92)Как видно из (7.92), показания милливольтметра пропорциональнычастоте вращения катушки f.Если ось вращения Y не перпендикулярна H 0 , то максимальныймагнитный поток, пронизывающий катушку, будет меньше:(7.93)010 H nS0 cos(1) ,а следовательно, ЭДС индукции катушкии показанияi0 Nмилливольтметра 4 (рис.7.29) будут меньше. ( cos(1 ) <1).Порядок выполнения работыУпражнение 1.Определение зависимости ЭДС индукции от частоты.1. Поворачивая опору 2 вокруг оси Х, совместить ось вращения Y сгоризонтальной плоскостью 3. В горизонтальной плоскости установитьось вращения Y по направлению магнитной стрелки 9.2. Подключить милливольтметр к контактам коллектора 5.3.

Определить зависимость эффективной ЭДС индукции от частотывращения контура при выбранной ориентации его в магнитном полеЗемли, определяемой углом . Для этого нужно измерить время t заn = 20 полных оборотов и рассчитать частоту вращения: f n t .Показания милливольтметра 4 фиксировать в делениях шкалы.Полученные данные занести в табл.7.15.4. Повторить измерения для 4–5 других значений частоты f.76Таблица 7.15n = 20 оборотовtfcГц№п.п.12345iэфф.дел.5.

Построить график зависимости эффективной ЭДС индукции отчастоты iэфф. = (f).Упражнение 2.Определение зависимости ЭДС индукции оториентации контура в магнитном поле Земли.1. Выбрать удобную (для измерения ЭДС милливольтметром)частоту вращения контура в магнитном поле Земли. Поддерживая еепостоянной, определить зависимость эффективной ЭДС индукции оториентации катушки в магнитном поле Земли. Для этого установитьось вращения Y катушки в плоскости магнитного меридиана иизмерить ЭДС индукции при различных углах (от 0 до 180 черезкаждые 20 ), отсчитываемые по шкале 6 стрелкой 8. При каждомзначении закрепляется винт 7, фиксирующий опору 2 и стрелку 8,связанные жестко между собой.2. Полученные данные занести в табл.7.16.3.

Построить график зависимости эффективных значений ЭДСиндукции от угла : iэфф. = ( ).4. Определить по графику угол магнитного наклонения 1.Таблица 7.16( )020406080100120140160180iэфф.(дел)Контрольные вопросы1. Объяснить зависимость ЭДС индукции контура, вращающегося вмагнитном поле Земли, от частоты вращения.772.

Объяснить зависимость ЭДС индукции вращающегося контура отего ориентации в магнитном поле Земли.3. Что такое угол магнитного наклонения и как его определяют вданной работе?4. Объяснить, как направлено магнитное поле в лабораторных условиях.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 78Определение горизонтальной составляющеймагнитного поля Земли с помощью тангенс–буссолиЦельработы:измерениегоризонтальнойнапряженности магнитного поля Земли.составляющейМетодика измеренийЗемляпредставляетсобойHгHвестественный магнит, полюса которогорасполагаются недалеко (~300 км) отHгеографических полюсов. Магнитноеполе Земли показано на рис.7.30.Поскольку по определению северный полюсмагнитной стрелки указывает на север, тосоответствующий магнитный полюс Земли,называется Южным магнитным полюсом(ведь северный полюс одного магнитапритягивается к южному полюсудругого).

Соответственно, на югенаходится Северный магнитный полюс.Через магнитные полюса ЗемлиРис. 7.30можно провести магнитные меридианы,перпендикулярно к ним – линию большого круга – магнитный экватор– и параллельно последнему линии малых кругов – магнитныепараллели. Таким образом, каждой точке на Земле будут соответствоватьне только географические, но и магнитные координаты.Если в данной точке Земли свободно подвесить магнитную стрелку(т.е. подвесить за центр масс так, чтобы она могла поворачиваться и вгоризонтальной и в вертикальной плоскостях), то она установится понаправлению напряженности магнитного поля Земли в данной точке.Но так как магнитное поле Земли – это поле прямого магнита, ясно,что силовые линии этого поля лишь на магнитных полюсахвертикальны, а на магнитном экваторе горизонтальны (рис.7.30).

Влюбой другой точке земной поверхности силовая линия, касательная кней напряженность магнитного поля, и, следовательно, свободно78подвешенная стрелка располагаются под каким–то углом к вертикали вэтой точке Земли и, значит, под каким–то углом к горизонтальнойплоскости в данной точке.Из–за несовпадения магнитных и географических полюсов Землине совпадают и плоскости магнитного и географического меридианов,проходящих через данную точку земной поверхности. Таким образом,положение свободно подвешенной магнитной стрелки характеризуетсядвумя углами и , определенными для данной точки Земли.Магнитное склонение– угол между направлениямигеографического и магнитного меридианов (рис.7.31).СеверМагнитныймеридианМагнитнаясиловая линияГеографическиймеридианГоризонтальнаяплоскостьЮгРис.

7.31Рис. 7.32Различают восточное и западное склонение (северный полюсстрелки отклоняется соответственно вправо или влево отгеографического меридиана).Магнитное наклонение – угол между направлением напряженностимагнитного поля в данной точке и горизонтальной плоскостью(рис.7.32). Наклонение бывает северное или южное (северный илиюжный конец стрелки ниже горизонтальной плоскости).Эти два угла – склонение и наклонение – называют элементамиземного магнетизма. Пример: для Москвы8 (восточноесклонение),70 (северное наклонение).Магнитное поле Земли подвержено суточным, годовым, вековым ит.п.

колебаниям. Соответственно меняются и элементы земногомагнетизма. Кроме того, наблюдаются кратковременные нерегулярныеотклонения – так называемые магнитные бури, появление которыхсвязано с деятельностью Солнца, в частности, с числом солнечныхпятен.Таким образом, установлено, что напряженность магнитного полявданной точке наклонна, т.е. имеет горизонтальную H г и79вертикальную H в составляющие.

Значит, магнитная стрелка,вращающаяся на закрепленной вертикальной оси, устанавливается вплоскости магнитного меридиана под действием горизонтальнойсоставляющей магнитного поля Земли.Если с помощью кругового тока около стрелки создать еще одномагнитное поле, то согласно принципу суперпозиции (7.8) стрелкаустановится по направлению равнодействующей двух магнитныхполей(7.94)H1 Hг H0Так как поле кругового тока H 0 нетрудно вычислить, зная ток, тогоризонтальную составляющую земного магнитного поля можноопределить по углу отклонения стрелки и величине поля тока.Определение горизонтальной составляющей напряженностимагнитного поля Земли производится с помощью прибора,называемого тангенс – буссолью (см.рис.7.33).

В центре короткой катушкиHгпомещенанаостриенебольшаямагнитная стрелка (при достаточнобольшом радиусе можно считать, чтомагнитнаястрелканаходитсявH0H1однородном магнитном поле).При прохождении тока i по виткуРис. 7.33напряженность магнитного поля в егоцентре может быть, согласно (7.3) и (7.4), определена по формулеiH0,2rдля N витков (7.5):NiH0,(7.95)2rгде r – радиус витка буссоли.Если контур буссоли установить в плоскости магнитного меридианаЗемли, то горизонтальная составляющая магнитного поля Земли H г иполе кругового витка в центре буссоли окажутся перпендикулярнымидруг другу (см.

рис.7.33). ТогдаtgH0и HгHгNi.2r tg(7.96)Электрическая схема экспериментальной установки для измеренияH г показана на рис.7.34.80ИПВ–24МVRТБAПРис. 7.34С помощью переключателя П тангенс – буссоль ТБ через реостат Rподключается к источнику питания ИП.Порядок выполнения работы1. Собрать схему, показанную на рис.7.34.2. Установить катушку в плоскости магнитного меридиана.3. Включить источник питания и подобрать такой ток i, чтобы уголотклонения стрелки был равен= 45 . Записать значение тока поамперметру в табл.7.17.Таблица 7.17№п.п.123числовитков2612iAград.град.град.HгА/м4.

Характеристики

Список файлов книги