Лабораторная работа № 41 Снятие кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от индукции внешнего магнитного поля для ферромагнетика (стр. 2 )

, (7)

Рисунок 7 где D – диаметр витка, – горизонтальная составляющая.

1) Разобраться в электрической цепи установки.

2) Установить тангенс-гальванометр так, чтобы стрелка компаса оказалась в плоскости катушки (указывала на нуль лимба).

3) Замкнуть цепь выключателем SA1 и реостатом установить в катушке ток I1; отсчитать угол отклонения стрелки от нуля; записать I1 и в таблицу.

4) Переключателем SA2 изменить направление тока в катушке и записать значение соответствующее той же величине тока.

5) Вычислить .

6) Аналогичные измерения провести еще для четырех значений тока.

7) По формуле (7) вычислить значения Br.

8) Вычислить абсолютную и относительную погрешности для надежности 0,95.

9) Значение Br записать в виде доверительного интервала.

Примечание: расчет показывает, что наименьшая погрешность измерения индукции Br получается при угле отклонения стрелки, равном 450. Поэтому величины токов в катушке следует выбирать такими, чтобы значения находились в интервале от 35 до 550.

Таблица

I А	град	град	град		Bi Тл	Тл	(Тл)2	(Тл)2	Тл	%

1. Дайте определение магнитному полю. Укажите возможные способы получения магнитного поля в заданной области пространства.

2. Назовите основную характеристику магнитного поля. Дайте ей определение. Укажите единицу измерения.

3. Запишите закон Био-Савара-Лапласа в векторной и скалярной формах. Что определяет закон?

4. Что такое тангенс-гальванометр? В чем сущность метода определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли в данной работе? Выведите рабочую формулу.

Лабораторная работа № 43 Проверка закона Ампера

Цель работы: определение индукции магнитного поля и проверка закона Ампера

Приборы и принадлежности: специальная установка для измерения силы Ампера

Теоретическое введение

Магнитное поле – это особая форма материи, существующая в определенных системах отсчета вокруг проводников с током, движущихся заряженных частиц и постоянных магнитов. Магнитное поле можно обнаружить по действию на магнит. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции .

Для графического изображения магнитного поля используют силовые линии магнитной индукции – замкнутые линии, проводятся так, чтобы касательная проведенная в любой точке к ней, совпадала с направлением вектора магнитной индукции .

В некоторой области пространства можно создать магнитное поле, индукция которого во всех точках одинакова по величине и направлению (например, внутри соленоида или между полюсами постоянного магнита). Такое магнитное поле называют однородным, т. е. =const.

Рисунок 1

Закон Ампера

Если в магнитное поле поместить проводник с током I, то на него будет действовать сила, называемая силой Ампера dFA, определяемая по формуле

- запись закона Ампера в скалярной форме позволяет определить модуль (численное значение) силы Ампера,

где - сила Ампера (Н)

I – величина силы тока в проводнике (А)

В – индукция магнитного поля (Тл)

- угол между вектором В и направлением тока

В векторной форме сила Ампера имеет вид

(1)

Запись закона в векторной форме позволяет определить направление результирующей величины, т. е. по правилу векторного произведения.

Результирующий вектор перпендикулярен плоскости, в которой лежат перемножаемые вектора и направлен так, чтобы из конца вектора поворот от к по наименьшему углу происходил против часовой стрелки (рисунок 1).

Направление силы Ампера можно определить также по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы в нее входили линии индукции (т. е. ладонь к северному полюсу), четыре пальца направляем по направлению тока, тогда большой отогнутый палец укажет направление силы Ампера.

Если =const, то сила Ампера запишется так

(2)

соответственно в скалярной форме

(3)

если =900, то FА=IlB,

отсюда (4)

Лабораторная установка и метод измерений

Принципиальная электрическая схема установки

В этой электрической схеме можно выделить два контура: цепь рамки и цепь электромагнита. Цепь рамки: вытянутая прямоугольная подвешенная рамка, реостат R, амперметр А, выключатель К1. Цепь подключается к источнику постоянного тока. Между полюсными наконечниками электромагнита возбуждается однородное магнитное поле, в которое помещается элемент рамки с током.

Порядок выполнения работы:

1) Проверьте электрическую схему установки. Определите цену деления измерительных приборов.

2) Установите движки реостатов R1 и R2 в среднее положение и включите установки в сеть (ключом на рамке).

3) Замкнув ключом К2 цепь электромагнита, установите с помощью реостата R2 ток в цепи, заданный преподавателем.

4) С помощью карандаша или ручки установите гусарик весов на целом число делений (N1=4 или 5), так, чтобы было заметно отклонение от положения равновесия рычага весов.

5) Замкнув ключом К1 цепь рамки и, регулируя ток в ней реостатом R1, добейтесь равновесия весов. Величину силы тока через рамку Ip и величину силы Ампера FA=C.N1, где С – указанная на шкале весов цена деления, внесите в таблицу 1.

6) Передвинув гусарик весов на новое деление, разбалансировав весы, повторите измерения п. 5. Таким же образом, постепенно перемещая гусарик до конца шкалы, снимите 6-7 показаний и занесите их в таблицу 1.

7) Вычислите отношение , где l – часть рамки, находящейся в магнитном поле электромагнита. Занесите в таблицу и по данным таблицы постройте график . Убедитесь в пропорциональности силе тока Ip. Тангенс наклона к оси абсцисс полученной прямой дает среднее значение индукции магнитного поля , т. е. из закона Ампера для каждого измерения определяем и заносим в таблицу 1.

Таблица 1

Ip, A	FA, H	, H/м	В, Тл

8) Определите абсолютную погрешность по формуле Стьюдента:

, (5)

где n – число измерений; t(n) – коэффициент Стьюдента для данного числа измерений.

9) Определите относительную погрешность

(6)

10) Результат запишите в виде:

Контрольные вопросы

1. Основная Характеристика Магнитного Поля.

2. Какое магнитное поле называется однородным и где оно создается?

3. О чем говорится в законе Ампера?

4. Записать закон Ампера в векторной форме.

5. Записать закон Ампера в скалярной форме.

6. Как определяется направление силы Ампера?

7. Рассказать, как выполняется эта работа.

Лабораторная работа № 44 Определение точки Кюри ферромагнетика

Цель работы: определить точку Кюри ферромагнитного образца.

Приборы принадлежности: автотрансформатор, термопара, милливольтметр, микроамперметр.

Теоретическое введение

Все физические вещества реагируют на воздействие магнитного поля, намагничиваясь. Поэтому их называют магнетиками. Намагничивание – это процесс изменения магнитного момента вещества под влиянием внешнего магнитного поля. Степень намагниченности магнетика характеризуется вектором намагниченности.

Магнитные свойства вещества, обусловленные свойствами составляющих его частиц, зависят от агрегатного состояния.

Магнитное поле в веществе является суммой внешнего магнитного поля с индукцией В0, в котором находится магнетик, и внутреннего с индукцией Ввнутр, источником которого является само вещество. Результирующая магнитная индукция

(1)

Свойство вещества изменять индукцию магнитного поля характеризуется относительной магнитной проницаемостью , определяется формулой

(2)

По величине все магнетики разделяются:

1) если , то магнетики называются диамагнетиками – это вещества, в отсутствии внешнего магнитного поля размагничены. При помещении диамагнетиков во внешнее магнитное поле, они намагничиваются противоположно внешнему полю вследствие диамагнитного эффекта, который обусловлен строением атома.

2) если , то такие магнетики называются парамагнетиками. При помещении их во внешнее магнитное поле, они намагничиваются вдоль направления поля. Выключение внешнего магнитного поля приводит к полному исчезновению внутреннего магнитного поля Ввнутр. К парамагнетикам относятся газообразный кислород, кальций, магний, алюминий.

3) если , то такие вещества называются ферромагнетиками – это вещества, обладающие аномально большими магнитными свойствами. Их отличительная особенность состоит в том, что при достаточно низкой температуре независимо от внешнего магнитного поля в них возникает намагниченность, которую называют самопроизвольной (спонтанной). Тем самым подчеркивается, что ее появление не связано с воздействием магнитного поля. Самопроизвольная намагниченность может возникнуть только в кристаллическом веществе. При отсутствии внешнего магнитного поля , зная, что – векторная величина, называемая напряженностью магнитного поля, для воздуха и вакуума, – магнитная постоянная.

Ферромагнетик состоит из доменов – областей, спонтанного намагничивания до насыщения. Вектора магнитных моментов доменов ориентированы хаотически, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю.

Спонтанно намагниченное состояние в ферромагнетике существует только ниже некоторой температуры, так называемой точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри, тепловое движение частиц ферромагнетика становится столь интенсивным, что области спонтанной намагниченности распадаются и ферромагнетики переходит в парамагнетик.

В этой работе необходимо определить точку Кюри. Во внешнем магнитном поле доменная структура ферромагнетика изменяется – происходит процесс его намагничивания вдоль поля, поэтому магнитная проницаемость очень велика.

Для этого собрана схема (рисунок 1).

Где О – исследуемый ферромагнитный образец является сердечником катушек L1 и L2, которые находятся на одном каркасе. Катушка L1 , соединенная с источником переменного тока, намагничивает образец и одновременно выполняет роль нагревателя В катушке L2 возникает переменный ток, измеряемый микроамперметром PmA, величина тока зависит от -магнитной проницаемости сердечника. Следовательно, когда ферромагнетик перейдет в парамагнетик, ток резко уменьшится.

Следует заметить, что ток выпрямляется с помощью диода D. Температура измеряется по показанию милливольтметра PmV, включенного в термопару 1,2. В термопаре создается разность температур. Конец 1 находится внутри катушки, конец 2 в песке при комнатной температуре.

Устройство и работа термопары

Термопара состоит из двух разнородных металлических проводников, соединенных между собой, Если контакты (обычно спаи) проводников 1 и 2, образующих термопару, находятся при разных температурах, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (термо э. д.с.), которая зависит от разности температур контактов и природы применяемых материалов. Это обусловлено следующим: свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл.

Работа, затраченная на удалении электрона из твердого тела в вакуум, называется работой выхода. Если два различных металла привести в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, которая зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов. Одна из причин появления контактной разности потенциалов – это различие в работах выхода. Все остальные причины входят в коэффициент постоянной термопары для данной работы L=0,0625 mv/k.