Далее: Задание 3. Измерение индуктивности Вверх: Определение емкости конденсатора с Назад: Задание 1. Расчет теоретических

Задание 2. Экспериментальное исследование напряженности магнитного поля соленоида.

Измерение напряженности проводится на основании закона электромагнитной индукции с помощью специальной (измерительной) катушки и баллистического гальванометра, используемого в качестве веберметра.

На рис.1.2 представлена принципиальная схема установки.

Для измерений напряженности поля $H_{\text{э}}$ внутри соленоида измерительная катушка, укрепленная на стержне квадратного сечения, фиксируется в определенной точке с координатой $X$ на оси соленоида. Детали отсчета координаты показаны на рис.1.3.

Рис. 1.2 

Рис. 1.3 

При протекании постоянного тока в соленоиде создается магнитный поток, пронизывающий витки измерительной катушки. При замыкании или размыкании цепи соленоида магнитный поток изменяется, в измерительной катушке возникает эдс индукции:

$$\varepsilon_i=-{d\Psi\over dt} .$$

Измерительная катушка соединена последовательно с обмоткой рамки измерительного механизма веберметра или баллистического гальванометра. Если не учитывать индуктивность обмотки, в первом приближении ток в цепи измерительной катушки определяется выражением:

$$i_{\text{к}}={\varepsilon_i\over R_{\text{к}}} ,$$

где $R_{\text{к}}$ -- сопротивление этой цепи.

Баллистический гальванометр фиксирует электрический заряд, прошедший в цепи измерительной катушки за время изменения магнитного потока:

$$q=\int\limits_o^t{i_{\text{к}}dt}={1\over R_{\text{к}}}\int\l... ...Psi_o}^{\Psi_t}{d\Psi} ={1\over R_{\text{к}}}(\Psi_o-\Psi_t) .$$

Если конечное значение магнитного потока равно нулю, между зарядом, прошедшим в цепи, и начальным значением магнитного потока получается простое соотношение:

$$q={\Psi_o\over R_{\text{к}}} ,$$

позволяющее проградуировать баллистический гальванометр в единицах магнитного потока, то есть использовать его в качестве веберметра. Полный магнитный поток рассчитывается как произведение цены деления гальванометра по магнитному потоку $C_{\text{ф}}$ на число делений шкалы:

$$\Psi_o=C_{\text{ф}}\cdot n_g .$$

С другой стороны полный магнитный поток в начальный момент времени зависит от напряженности магнитного поля:

$$\Psi_o=\mu_o\mu HS_{\text{к}}N_{\text{к}} .$$

С учетом вышесказанного расчетная формула для экспериментальных значений напряженности магнитного поля соленоида принимает вид:

$$\vert\vec{H_{\text{э}}}\vert={C_{\text{ф}}n_g\over\mu_o\mu S_{\text{к}}N_{\text{к}}} ,$$ (9)

где	$H_{\text{э}}$	--	экспериментальное значение напряженности,
	$S_k$	--	площадь витка измерительной катушки,
	$N_{\text{к}}$	--	число витков катушки.

2.1.

Собрать цепь соленоида, установить ток 1,2А. Помещая измерительную катушку в точки с координатами $X$, указанными в таблице1, снять показания баллистического гальванометра в каждой точке при размыкании цепи соленоида. Результаты измерений и расчетов напряженности магнитного поля $H_{\text{э}}$ занести в таблицу1. Представить зависимость $H_{\text{э}}$ от координаты $X$ графически на том же графике, что и $H_{{}_T}(X)$. Сопоставить результаты.

Параметры измерительной катушки: $N_{\text{к}}=586$, $S_{\text{к}}=1,075\cdot 10^{-2} \text{м}^2$.

Цена деления баллистического гальванометра $C_{\text{ф}}$ по магнитному потоку в положении переключателя $''\hspace*{-1.3mm}\times 10''$ с добавочным сопротивлением 124Ом равна $2,028\cdot 10^{-5}$Вб/дел.

Таблица 1. Теоретические и экспериментальные значения напряженности магнитного поля внутри соленоида

Координаты точек, см	0	...        ...	38
$H_{{}_T}$, A/м
$n$, дел.
$H_{\text{э}}$, A/м

2.2.

Поместить измерительную катушку в середину соленоида. Описанным выше методом измерить экспериментальные значения напряженности в данной точке как функцию величины тока в цепи, изменяя его от 1,2А до нуля через 0,1А. Результаты измерений и вычислений $H_{\text{э}}$ занести в таблицу2, представить зависимость $H_{\text{э}}$ от тока на том же графике, что и $H_{{}_T}(I)$. Сопоставить результаты.

Таблица 2. Теоретические и экспериментальные значения напряженности магнитного поля в центре соленоида в зависимости от величины тока

$x={\ell\over 2}$

Величина тока, А	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5 ...        ...	1,2
$H_{{}_T}$, A/м
$n$, дел.
$H_{\text{э}}$, A/м

2.3.

Извлечь измерительную катушку из соленоида. Провести несколько измерений напряженности магнитного поля вне соленоида по описанной выше методике, изменив положение переключателя баллистического гальванометра на $''\times 1''$, при этом цена деления $C_{\text{ф}}$ по магнитному потоку равна $2,028\cdot 10^{-6}$Вб/дел.

Провести несколько измерений вблизи внешней поверхности соленоида в точках, расположенных параллельно его оси, а также в нескольких точках по мере удаления от середины соленоида в $\bot$ направлении. Анализируя полученные значения напряженности, сделать вывод о величине напряженности магнитного поля вне соленоида.

Далее: Задание 3. Измерение индуктивности Вверх: Определение емкости конденсатора с Назад: Задание 1. Расчет теоретических