Пф-эм-лр41 определение индукции и наженности магнитного поля тороида - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Пф-эм-лр41 определение индукции и наженности магнитного поля тороида - страница №1/1

ПФ-ЭМ-Лр41 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ И НАЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОРОИДА


Цель: определение напряженности магнитного поля Н тороида пу­тем измерения индукции магнитного поля В0 в зазоре тороида и силы тока I, построение графика зависимости В от Н.

Приборы и принадлежности: тороид, источник постоянного тока В-24, амперметр, измеритель магнитной индукции Ш1-8.

Входная информация

Для выполнения лабораторной работы необходимо усвоить темы ПФ-ЭМ-16

При выполнении данной лабораторной работы необходимо знать основные понятия

16.2. Магнитное поле, 16.3. Магнитный момент, 16.4. Правило правого винта, 16.5. Магнитная индукция, 16.6. Вектор напряженности магнитного поля ,16.7. Магнитная проницаемость среды, 16.8. Закон Био - Савара – Лапласа, 16.9. Закон Ампера, 16.10.Правило левой руки, 16.11. Сила Лоренца 16.12. Циркуляция вектора . 17.1. Поток магнитной индукции 17.2.Теорема Гаусса для поля
Студент должен знать, какие физические величины в данной лабораторной работе измеряются прямыми измерениям, а также какие физические величины рассчитываются при косвенных измерениях. Какими приборами, при этом, необходимо пользоваться .

Студент должен уметь работать с физическими приборами, произвести измерения, сделать вычисления по полученным данным работы. Если требует задание построить графики функциональных зависимостей. Определить абсолютную и относительную погрешность полученных измерений, сделать выводы


Общие указания

Электрический ток является источником магнитного поля и объектом его действия. Действие магнитного поля на проводники с током было изучено Г.Эрстедом и А.Ампером. В соответствии с законом Ампера сила d, которая действует на прямолинейный проводник с током, находящейся в однородном магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике, его длине d, магнитной индукции и синусу угла между направлением тока в проводнике и вектором :



.


(1)

Если направления тока и магнитной индукци*. взаимно перпендикулярны ,то



(2)

За единицу магнитной индукции, называемой тесла (Тл), принимается магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое дейст­вует с силой I Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно к направлению поля, если по этому проводни­ку проходит ток в I А. Из формулы (I) следует, что Тл = 1Н/А=1Дк/А-м2=1В·с/м2.

Магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля. Условимся, что вектор магнитной индукции в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля, Напряженность, связана с следующим соотношением:



(3)

где магнитная постоянная в СИ;

μ - безразмерная величина, характеризующая магнитные свойства, называется магнитной проницаемостью среды. Она не зависит от выбора системы единиц измерения и считается равной единице для вакуума.

За единицу напряженности магнитного поля принимается ампер на метр (А/м).

Для расчета магнитных полей, создаваемых постоянными токами, при­меняется закон полного тока, который формулируется в следующей форме: циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура всегда равна сумме токов в проводниках, охватываемых этим контуром.





(4)

Применительно к данной работе



(5)

где Н и Но - напряженность поля соответственно внутри тороида и в зазоре;



- средняя длина тороида и зазора.

Алгебраическая сумма токов, охватываемых контуром, пропорциональна числу ампервитков, т.е.





(6)

где N - число витков тороида;

I - сила тока в нем.

Из уравнений (2) и (3) можно записать, что





(7)

Напряженность магнитного поля в зазоре Н0 выразим через индук­цию В0

Тогда уравнение (7) запишем с учетом того, что μ-для воздуха близка к I в виде





(8)

или



(9)

Таким образом, для определения напряженности поля Н внутри тороида надо знать индукцию магнитного поля В0, силу тока I, длину воздушного промежутка .

Лабораторное задание

  1. Измерить индукцию магнитного поля в зазоре тороида измерителем магнитной индукции Ш1-8.

  2. Вычислить по формуле (9) напряженность магнитного поля.

  3. Построить график зависимости В от Н .
Описание лабораторной установки

Блок-схема лабораторной установки для определения напряженности магнитного поля тороида изображена на рис. I.

Основными элементами блок-схемы являются: тороид, измеритель магнитной индукции Ш1-8 амперметр , выпрямитель ВС-24 . Тороид представляет собой тонкий провод, плотно навитый на каркас, имеющий форму тора. Он эквивалентен системе одинаковых круговых. токов, центры которых расположены на окружности. Для усиления магнитного поля в центр тороида помещают сердечник из магнитно-мягкого материала. Сердечник имеет воздушный зазор, в который помещают датчик измерителя магнитной индукции Ш1-8 для измерения индукции магнитного поля. И







Рис.1.
Тороид питается от выпрямителя В-24 4. На передней панели В-24 имеются шкалы амперметра и вольтметра и ручка для регулировки подаваемого напряжения. Измеритель магнитной индукции Ш1-8 показан на рис.2.
Порядок выполнения работы

  1. Собрать цепь по схеме (рис. I).

  1. Изучить методику измерения магнитной индукции с помощью измерителя магнитной индукции Ш1-8. Для измерения магнитной индукции В0 необходимо:




Рис.2.
а) вставить датчик прибора в зазор тороида; так, чтобы стрелка миллиамперметра, расположенного на передней панели прибора показывала нулевое значение.

3. На передней панели имеются четыре ручки, над которыми есть окошечки с цифрами. В начальный момент все цифры в окошечках должны быть равны нгулю.

3. Включить тумблер "сеть" на передней панели В-24 и с помощью регулировочной ручки подать напряжение на тороид, изменяя силу тока от 0 до 3 А

4.После подачи напряжения на тороид стрелка миллиамперметра отклонится на какое-то положение.

5.Используя ручки на передней панели добиваемся, чтобы стрелка миллиамперметра показывала нулевое значение.

6.Значение магнитной индукции В0 в Тл можно определить по цифрам в окошечках возле каждой ручки.

7. Данные зависать в таблицу

ВНИМАНИЕ! Значение силы тока на тороиде не должно превышать 3 А.

8.. По формуле (9) вычислить Н , учитывая, что



N=2500,

=47см,

=1,4см.


9. Определить погрешность измерений.

Таблица


№п/п

I,А.

В0, Т

Н,А/м





















































































10.Построить график зависимости В от Н.

11.Написать вывод о проделанной работе.


Критерии усвоения


Студент должен понимать, какие процессы исследуются в данной лабораторной работе, какие физические величины необходимо измерить.

Студент должен знать, как делать измерения и какими приборами необходимо пользоваться.

Студент должен уметь, работать с физическими приборами, произвести измерения, сделать вычисления по полученным данным работы. Если требует задание построить графики функциональных зависимостей. Определить абсолютную и относительную погрешность полученных измерений, сделать выводы

Отчет

ПФ-ЭМ-Лр4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ И НАЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОРОИДА


Вычисления

Построить график зависимости В от Н



Вычисление погрешности:

За основу вычисления погрешности измерений возьмем соотношение (9)

Погрешность вычислим как для косвенных измерений, считая что N, , величины постоянные. Пренебрегая промежуточными расчетами, получим



Где ΔIпогрешность амперметра, определяется по классу точности прибора. ΔВопогрешность измерителя магнитной индукции.



Т.к. прибор цифровой ΔВо берется единичное значение последней цифры окошечка.
Контрольные вопросы

  1. Закон Ампера.

  2. Магнитная индукция. Единицы измерения магнитной индукции.

  3. Напряженность магнитного поля. Единицы измерения напряженности

магнитного поля

  1. Закон полного тока.

  2. Вывести расчетную формулу.