Вывести формулу относительной погрешности пользуясь формулой (8), считая величины , , n, постоянным. Погрешности AIc, AUa определить по классу точности приборов.

Данные вычислений занести в таблицу 2. Вычисления в системе СИ.

Таблица 2

Ua

Iскр

а

n

Внимание! В установке используется напряжение 220 В – опасное для жизни. Не прикасайтесь к токопроводящим частям при включенной установке. Не производите под напряжением пересоединения в электрической цепи.

Контрольные вопросы

1. Записать силу Лоренца в векторной и скалярной форме.

2. Объяснить, как работать 3х электродная электронная лампа.

3. Зачем лампу помещают во внутрь соленоида.

4. Физический смысл критического соленоида.

5. Рассказать, как выполняется работа.

6. Вывести рабочую формулу.

7. Физический смысл критической проницаемости тока.

Лабораторная работа № 46 Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля баллистическим методом

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции. Измерить магнитную индукцию и напряженность магнитного поля электромагнита баллистическим методом.

Магнитное поле и его характеристики

В пространстве, окружающем проводник с током, всегда существует магнитное поле, которое можно обнаружить по его силовому воздействию на другой проводник с током, помещенный вблизи него.

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (или магнитная индукция). – силовая характеристика магнитного поля.

На практике часто пользуются другой характеристикой магнитного поля – напряженностью . Вектор связан с индукцией в той же точке поля соотношения . Векторы и параллельны; Гн/м – магнитная постоянная; – магнитная проницаемость среды.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Для графического изображения магнитного поля пользуются линиями индукции (или напряженности). Это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора (или ). Густота их выбирается такой, чтобы площадка единичной площади, перпендикулярная к ним, пересеклась числом линий, равным численному значению вектора .

Элементарным потоком магнитной индукции через бесконечно малую площадку dS называют величину

, (1)

где Bn – проекция вектора на нормаль в данной области поверхности.

Поток магнитной индукции сквозь произвольную поверхность S

(2)

Из изложенного выше следует, что численное значение равно В числу линий индукции, пересекающих поверхность S.

Явление электромагнитной индукции

Это явление заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, через поверхность, охватываемую этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Возникновение тока указывает на появление в контуре э. д.с., называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции.

Какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, величина э. д.с. определяется по закону Фарадея

(3)

Знак «минус» в формуле (3) отражает экспериментальный факт, заключающийся в том, что при возрастании магнитного потока , возникающая в контуре э. д.с. имеет отрицательный знак. Это означает, что линии индукции магнитного поля индукционного тока направлены навстречу линиям индукции изменяющегося потока. Если (магнитный поток убывает), то линии индукции магнитного поля индукционного тока и уменьшающегося потока совпадают по направлению. Это положение сформулировано в правиле Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.

Лабораторная установка и метод измерений

Баллистический гальванометр

Среди многих методов измерения индукции (напряженности ) широкое распространение получил метод баллистического гальванометра.

Гальванометр – электроизмерительный прибор высокой чувствительности, предназначенный для измерения малых величин тока, напряжения и количества электричества.

Для измерения малых, кратковременно протекающих количеств электричества (импульсов тока) используются баллистические гальванометры. Название «баллистический» (от греч. ballo – бросаю, метаю) означает, что при измерении отсчитывается не установившееся отклонение зайчика, а его первое наибольшее отклонение. Баллистические гальванометры отличаются увеличенным моментом инерции подвижной системы (рамки) и, следовательно, большим периодом ее собственных колебаний. Если промежуток времени протекания тока через гальванометр значительно меньше периода колебаний рамки, то первое максимальное отклонение рамки пропорционально величине электрического заряда, прошедшего через нее

, (4)

где Сб – баллистическая постоянная гальванометра;

* – отклонение зайчика (стрелки) гальванометра.

Баллистическая схема установки для измерения магнитной индукции баллистическим методом, представленной в нашей лаборатории, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1

PG – баллистический гальванометр, L3 – измерительная катушка, L1 и L2 – первичная и вторичная обмотки эталонного соленоида, VA – элекетромагнит, R1 и R2 – реостаты, SA1 и SA2 – тумблеры, PA – амперметр, GB – источник питания.

Экспериментальная задача состоит в измерении индукции в зазоре между полюсными наконечниками электромагнита. Туда помещается измерительная катушка L1 причем так, чтобы линии магнитной индукции были перпендикулярны ее плоскости (Вn=В). выдернув резко L1 из межполюсного пространства, можно создать изменение магнитного потока через плоскость витков катушки, которое определяется по формуле

, (5)

где S1 – площадь, охватываемая витком L1.

Покажем, что возникающую при этом в L1 э. д.с. индукции, определяемую по формуле (3), можно связать с отклонением зайчика гальванометра и найти, таким образом, величину В в зазоре элеткромагнита.

Согласно (3)

, (6)

где N1 – число витков L1.

В цепи L1 возникает кратковременный индукционный ток. Согласно закону Ома

, (7)

где R – сопротивление цепи измерительной катушки, Ом.

, (8)

где dQ – количество электричества, которое пройдет через гальванометр за время dt.

Тогда

(9)

Проинтегрировав

, (10)

получим

, (11)

или с учетом (5)

(12)

С другой стороны пропорционально баллистическому отбросу зайчика гальванометра (4)

(13)

Приравняв правые части последнего равенства и (12), получим

(14)

Так как сопротивление в цепи L1 в процессе измерения остается неизменным, то можно ввести

(15)

Таким образом, зная Су и данные L1 (N1 и S1) по формуле (15) можно определить В.

Определение постоянной установки

Постоянную установки можно найти с помощью эталонного соленоида.

Выведя измерительную катушку из магнитного поля электромагнита, переключим источник питания на эталонной соленоид. В момент выключения тока во вторичной обмотке соленоида L3 возникнет э. д.с. электромагнитной индукции

(16)

Повторяя приведенные выше рассуждения, по формулам (4-15) придем к выражению для В, подобном (15). Достаточно лишь в (15) N1 и S1 заменить на N2 и Sэт

, (17)

где N2 – число витков вторичной обмотки соленоида; Sэт – площадь поперечного сечения эталонного соленоида, м2.

Величина индукции эталонного соленоида может быть вычислена по известной формуле

, (18)

где Nэт – общее число витков соленоида; l – его длина, м; I – сила тока в соленоиде, измеренная амперметром, А.

Тогда

(19)

Порядок выполнения работы:

Определение постоянной установки Су

1) Проверить электрическую цепь установки.

2) Замкнув переключатель установки Х1, поворотом корректора установить зайчик гальванометра на ноль шкалы.

3) При отключенном источнике питания (разомкнутом выключателе SA2) проверить нулевое положение указателя амперметра.

4) Поставить тумблер SA1 в положение «эт. соленоид» и включить источник питания. С помощью реостатов («Грубо», а затем «Точно») установить ток в соленоиде в пределах (1-3) А.

5) Проделав несколько пробных измерений отброса зайчика гальванометра в момент размыкания выключателя SA2, провести измерение α0. Значение α0, величину тока I и данные об эталонном соленоиде, указанные на стенде, занести в таблицу 1.

Таблица 1

α0

I, A

Nэт

N2

Sэт, м2

l, м

6) По формуле (1) вычислить среднее значение постоянной установки

(20)

7) Значение Су занести в таблицу 1.

Определение индукции и напряженности поля электромагнита

1) Поставить тумблер SA1 в положение «электромагнит», включить источник питания (тумблер SA2) и с помощью реостатов установить значение тока в катушке электромагнита в пределах от 0,5 до 1 А.

2) Поместив измерительную катушку L3 в межполюсное пространство электромагнита так, чтобы плоскость ее витков была параллельна плоскости полюсных наконечников электромагнита, измерить максимальный отброс α зайчика гальванометра в момент быстрого выведения L3 из магнитного поля. Величину тока в электромагните I и α записать в таблицу 2. Туда же занести значения N1 и S1 измерительной катушки. Опыт повторить 5-7 раз, поддерживая ток в электромагните постоянным.

Таблица 2

I, A

α, дел.

N1

м2

Bi, Тл

Тл

ΔВ, Тл

ε

Ср

3) Вычислить значения Вi по формуле и найти <B>.

(21)

4) По формуле Стьюдента (3) найти абсолютную погрешность

(22)

5) Вычислить относительную погрешность

(23)

6) Результат вычисления В записать в виде доверительного интервала

(24)

7) Найти <H> по формуле <H> = <B>/μ0 и занести в таблицу 2

μ0=4π. 10-7 Гн/м – магнитная постоянная.

Внимание! В установке используется переменное напряжение 220В – опасное для жизни.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение магнитному полю. Назовите его характеристики.

2. Напишите формулы элементарного магнитного потока и полного потока через поверхность S. Назовите единицы измерения магнитного потока.

3. В чем заключаются явление электромагнитной индукции.

4. В чем суть правила Ленца для электромагнитной индукции.

5. Опишите сущность метода определения индукции В с помощью баллистического гальванометра. Запишите основные расчетные формулы.

Литература

1 Детлаф, А. А., Яворский, физики: учебное пособие для втузов /, . – М.: Высшая школа, 1989. – 607 с.

2 Евграфова, А. Г., Коган, к лабораторным работам по физике. – М., 1970. – 350 с.

3 Иверонова, практикум. Механика и молекулярная физика.– 2-е изд. – М., 1967. – 280 с.

4 Кортнев, А. В. и др. Практикум по физике: учебное пособие для втузов.– М., 1965. – 509 с.

5 Майсова, по курсу общей физики: учебное пособие для студентов заоч. втузов и факультетов. –2-е изд., перераб. и доп. – М., 1970. – 447 с.

6 Савельев, общей физики. – М., 1989. – 350 с.

7 Трофимова, физики: учебное пособие для вузов.

–7-е изд.: – М., 2003. – 542 с.

Содержание

Введение

3

1 Снятие кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от индукции внешнего магнитного поля для ферромагнетика

4

2 Определение горизонтальной составляющей индукции

магнитного поля Земли

8

3 Проверка закона Ампера

14

4 Определение точки Кюри ферромагнетика

18

5 Определение удельного заряда электрона

23

6 Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля баллистическим методом

29

Литература

38

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4