№ 54 (1107944), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рис. 3иллюстрирует сказанное. На рис. 3 а представлено положение стрелки компасадо включения тока через катушку, а на рис. 3 б изображено положение стрелкив момент отклонения еѐ магнитным полем катушки на 45о от первоначальногонаправления. Как видно из рисунка, в этом случае Вm=В0. В0 можно вычислитьпо формуле для индукции магнитного поля в центре тонкой катушки.Следовательно,BmB00Ni,2R(8)где N – число витков катушки; i –величина тока в катушке; R – среднийрадиус катушки.
Направление вектора Bm указывает северный конец стрелкикомпаса.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙИз строки 4 таблицы 1 следует, что остаточный магнитный моментбариевого феррита можно вычислить по формулеMr2B|| x 3 .(9)0При проведении вычислений формулу (9) целесообразно преобразовать.Для этого подставим в (9) значение B|| B0N i||02R(см. формулу (8)). Послепреобразований получим формулу удобную для вычислений:N 3x i|| .RMr(10)Остаточную намагниченность можно вычислить по формуле (3):JrMr.VВсе измерения можно объединить в два упражнения. В первомупражнении измеряется магнитная индукция окружающего поля ( Воп), вовтором – значения индукции магнитного поля диполя В|| (бариевого феррита) внаправлении его оси.8Упражнение 1ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ОКРУЖАЮЩЕГОМАГНИТНОГО ПОЛЯ1.2.3.4.5.Приступая к измерениям, получите у лаборанта следующие приборы:компас, измерительную катушку, постоянный магнит.
Номера получаемыхприборов должны соответствовать номеру установки.Установите измерительную катушку 7 на основание установки (см. рис. 1),поместите внутрь этой катушки компас 10 и подсоедините к ней проводаот источника питания (полярность не имеет значения).Если провода, идущие к источнику питания 11 и измерительному прибору13 не подсоединены, присоедините их с учѐтом полярности: красныйпровод - к клемме плюс, чѐрный – к клемме минус.
Установите выходноенапряжение источника 11 равным 0,3 В. Выберете предел измеренияприбора 13 равным 7,5 mА, множитель 2 (на установке № 1 пределизмерения 15 mА).Прежде чем приступить к измерениям, перенесите постоянный магнит 6 насередину стола в центре комнаты. Далее, перемещая руки вблизи компаса,убедитесь, что часы, браслеты и т.д. на руках не оказывают влияния намагнитную стрелку компаса. Предметы, влияющие на стрелку, следуетудалить. Убедитесь также в том, что постоянный магнит соседнейустановки находится либо в рабочем положении на основании установки,либо на столе в центре комнаты.Сориентируйте корпус компаса 10 внутри катушки 7 таким образом, чтобывоображаемая прямая, соединяющая метки N и S шкалы компаса, лежала вплоскости катушки 7.
Для этого: установите катушку так, чтобы еѐплоскость располагалась перпендикулярно большой стороне основания 1(провода питания еѐ слева от Вас), корпус компаса поверните так, чтобыметка N находилась бы ближе к Вам, приблизительно в центре катушки.Далее для окончательной установки компаса, необходимо, рассматриваякомпас и катушку сверху, найти такое положение головы, чтобы боковаяплоскость катушки (например, правая) выродилась в прямую линию. Послеэтого доверните корпус компаса так, чтобы красные параллельные линиина донышке компаса оказались бы параллельными этой линии.Такую установку компаса необходимо сохранить напротяжении всех измерений.Для измерения магнитной индукции Воп окружающего поля необходимоправильно установить измерительную катушку 7.
Для этого разверните еѐ так,чтобы метка N совпала с северным концом стрелки компаса. Включитеисточник питания 11 и, регулируя ток через катушку потенциометром 12,установите стрелку компаса вдоль одной из линий перекрестия на верхней9прозрачной крышке компаса. С помощью переключателя 15 изменитенаправление тока в измерительной катушке. Если катушка установленаправильно, то стрелка компаса установится вдоль другой линии перекрестия.Такое поведение стрелки соответствует отклонению еѐ от направления Воп науглы 45о. Если этого не произойдѐт, то путѐм поворота катушки (не нарушьтепри этом установку компаса внутри катушки) добейтесь того, чтобы приизменении направления тока в катушке стрелка компаса всякий разрасполагалась бы вдоль одной из линий перекрестия.
Запишите в тетрадьпоказания прибора 13 в миллиамперах (ток iоп), уменьшите потенциометром 10ток через катушку до нуля и выключите источник питания 11.При составлении отчёта по упражнению 1 рассчитайте по формуле(8) индукцию окружающего магнитного поля ВопBопNiоп,2R0где i – измеренное значение тока через катушку; N = 400 – число витков вкатушке; R = 35 мм – средний радиус катушки.После подстановки в формулу (8) значений 0 , N и R получим формулу,удобную для вычисленийВоп = 7,18.10-6 iоп [Тл].(11)В формулу (11) ток iоп надо подставлять в миллиамперах.Упражнение 2ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДИПОЛЯВ НАПРАВЛЕНИИ ЕГО ОСИ1. На ползунок 3 ( рис.
7) установите постоянный магнит. Разверните магниттак, чтобы плоскость кольца была перпендикулярна большой сторонеоРис. 410снования 1, а его магнитное поле было направлено справа налево (рис. 1 ирис. 4). С этой целью воспользуйтесь метками на держателе магнита иползунке. С помощью стопорного винта зафиксируйте магнит в этомположении.
Установите ползунок с магнитом на отметку 14 см.2. Установите выходное напряжение источника питания 11 равным 2,3 В, апредел измерения прибора 13 выберете равным 75 mА, множитель 2 (наустановке 1 предел измерений 150 mА).3. Для измерения индукции В|| необходимо правильно установитьизмерительную катушку 7. Для этого разверните еѐ так, чтобы метка N нашкале совпала с северным концом стрелки компаса. Включите источникпитания 11 и, регулируя ток через катушку потенциометром 12, установитестрелку компаса вдоль одной из линий перекрестия. С помощьюпереключателя 15 измените направление тока в измерительной катушке.Если катушка установлена правильно, то стрелка компаса установится вдольдругой линии перекрестия.
Если этого не произойдѐт, то путѐм поворотакатушки (не нарушьте при этом установку компаса внутри катушки)добейтесь того, чтобы при изменении направления тока в катушке стрелкакомпаса всякий раз располагалась бы вдоль одной из линий перекрестия.
Спомощью стопорного винта зафиксируйте катушку в этом положении.Запишите в таблицу 2 значение тока i||' в миллиамперах и положениеползунка х в сантиметрах.Таблица 2№12345678910х, см14151617181920212223i||' , mAi||'i|| , mA2Mr, А м4. Упираясь большим пальцем в ползунок, переместите его на отметку 15 см.При таком способе перемещения ползунка удаѐтся избежать смещения его впоперечном направлении. С помощью потенциометра 12 вновьустановите стрелку компаса на одну из линий перекрестия. Убедитесь в том,что при изменении направления тока в катушке стрелка по-прежнемуустанавливается вдоль линий перекрестия (небольшие отклонения отсимметричного расположения в конце шкалы допускаются).
Результаты11измерения запишите в таблицу 2. Аналогичные измерения выполните и востальных точках (см. таблицу 2).5. Значения индукции B||' , вычисленные по токам i||' , содержат вклад отокружающего поля B|| . Следовательно, индукция магнитного поля диполя B||равнаB||B||'B|| .(12)Для вычисления поправки B|| необходимо измерить угол 1 междувекторами B||' и Воп . На рис. 5 изображены постоянный магнит и вектора B||' иВоп . Рис.
5а соответствует картине полей для установок № 1, 2, 3; рис. 5 б – дляустановки № 4. Как видно из рис. 5, поправка B|| для всех установокположительна и равна питанияNB|| = Воп cosB1'1.(13)SДля измерения угла1ослабьтестопорныйвинтнаBonдержателе магнита, перенесите его насередину стола в центре комнаты иB1'NSвыключите источник питания 11.Послеэтогострелкакомпасаустановится в направлении вектораб)Воп . По шкале на корпусе компаса,которая проградуирована в угловыхРис. 5градусах, найдите угол 1 междувоображаемой линией NS и стрелкой (см. рис.
5) Результаты измерения угла 1запишите в тетрадь.Как следует из формул (9), (10) учет влияния окружающего поля нарезультаты измерений сводится к расчету поправок i||Bona)i|| = iоп cos1(14)и вычислению токовi||Расчет поправок i|| и токов i|| i||'Результаты занесите в таблицу 2.i||'i||.(15)i|| проведите для всех значений x.125. РАСЧЕТ МАГНИТНОГО МОМЕНТА Мr И ОСТАТОЧНОЙНАМАГНИЧЕННОСТИ JrРасчет магнитного момента M r выполните по формуле (10)MrN 3x i|| ,Rгде i|| i||' i|| ; N = 400; R = 35 мм.После подстановки в формулу (10) констант , N, R имеемM r = 3,59 .10-5 х3 i|| .(16)Значения х и i|| подставляйте в формулу (16) в сантиметрах и миллиамперах,соответственно.Рассчитайте M r для всех значений х и запишите результаты вычисленийв таблицу 2.
Вычислите среднее значение M r и оцените абсолютную иотносительную погрешности измерений.Остаточную намагниченность J r рассчитайте по формуле (3). Длявычисления V используйте следующие данные о размерах ферритовогокольца: наружный диаметр равен 56,6 мм; внутренний – 20,5 мм; толщинакольца h = 11,7 мм.При отчёте представьте заполненную таблицу 2, значения Воп,Mr, иJrЛИТЕРАТУРА1. Белов Д.В.
Электромагнетизм и волновая оптика. Учебное пособие.М.: Изд-во МГУ, 1994. Часть I. Электромагнетизм.Глава III. Постоянное магнитное поле.§ 7. Общие свойства постоянного магнитного поля.§ 9. Магнитное поле при наличии вещества.2. Савельев И.В. Курс физики. Т 2. Часть 1. Электричество.Глава 6. Магнитное поле в вакууме .§ 35.
Магнитное поле. Магнитная индукция.§ 36. Закон Био-Савара-Лапласа.Глава 7. Магнитное поле в веществе.§ 47. Намагничивание вещества.§ 48. Напряженность магнитного поля.§ 52. Ферромагнетизм.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
