6.6 Устройство и принцип работы

Вид соленоида, применяемого в этой работе, приведен на рисунке 6.6. Его витки, имеющие форму квадрата, нанесены на каркас, состоящий из деревянного бруска 1 и пластин из картона 2 и 3. Внутри соленоида по бруску 1 может свободно перемещаться пластина 4, вдоль боковой стороны которой нанесена шкала с делениями 1 см. Вдоль пластины 4 по ее середине проведена прямая 5 - ось пластины. На одном краю пластины 4 жестко укреплен компас так, что деления его шкалы 90 и 270 и центр компаса находятся на оси пластины. Когда центр компаса находится у крайнего витка соленоида, деление "0^" шкалы пластины 4 находится у края пластины 2.

Схема включения соленоида в электрическую цепь приведена на рисунке 6.6, где 1 – щелочной аккумулятор (одна банка), 2 – миллиамперметр на 150 ‑ 200 мА, 3 – ключ, 4 – реостат, 5 – соленоид.

Рисунок 6.5 – Вид применяемого соленоида

6.7 Методика проведения эксперимента

6.7.1 Собрать цепь по схеме, изображенной на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6 – Электрическая схема для выполнения работы

6.7.2 Перемещая пластину 4 (рисунок 6.5), установить компас у середины соленоида. Координату х центра компаса отсчитать по шкале, нанесенной на пластину 4, и занести в таблицу 6.1.

6.7.3 Вращая соленоид вокруг вертикальной оси, установить его так, чтобы северный полюс магнитной стрелки совпадал с делением "0" шкалы компаса (при этом ось соленоида будет перпендикулярна направлению север-юг).

6.7.4 Замкнуть цепь. При этом стрелка отклонится от первоначального положения. Подобрать ток, при котором стрелка отклоняется на угол φ = 45°, 30° или 60°. Значение угла φ занести в таблицу 6.1.

6.7.5 Перемещайте пластину 4 вместе с компасом от одного края соленоида до другого. Через 2 - 3 см измерить углы отклонения стрелки компаса. Расстояния х центра компаса, отсчитываемые по шкале, нанесенной на пластине 4, и соответствующие им углы отклонения φ занести в таблицу 6.1.

6.7.6 По данным таблицы 6.1 построить график зависимости В = F(х). По полученному графику охарактеризовать магнитное поле длинного соленоида вдали от краев соленоида и у краев соленоида.

6.7.7 Рассчитать абсолютную погрешность измерения модуля вектора магнитной индукции для середины соленоида по формуле:

,

где B₀ =1,8310^-5 Тл – горизонтальная составляющая магнитного поля Земли для Орла; ΔB₀ = 0,01B₀; Δφ – погрешность в измерении угла отклонения стрелки компаса.

При цене деления шкалы компаса 3⁺ можно считать, что Δφ=1,5⁺/53 радиан.

6.7.8 Измерить длину соленоида l. Подсчитать число витков N в соленоиде и по формуле е = μ₀I , найти теоретическое значение модуля вектора магнитной индукции в соленоиде, где n = N∕l. Сравнить это значение с экспериментально найденным.

Таблица 6.1 – Результаты измерений и вычислений

х, см
φ, град.
tgφ
В10-5, Тл

6.7.9 Разомкнуть цепь (рисунок 6.6). Удалить компас из соленоида и поместить его рядом с соленоидом вблизи его середины. Замкнуть цепь и пронаблюдать отклонение стрелки компаса. Какой вывод следует из этого эксперимента?

ПРИМЕЧАНИЕ. При проведении измерений рядом с соленоидом не должны находиться стальные предметы. Миллиамперметр и аккумулятор следует располагать как можно дальше от соленоида.

6.8 Контрольные вопросы

А) От чего зависит величина индукции магнитного поля внутри соленоида?

Б) Запишите и сформулируйте закон полного тока.

В) Выведите формулу для индукции магнитного поля соленоида, пользуясь законом полного тока.

Г) Как, зная значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли для данного места определить вектор магнитной индукции исследуемого магнитного поля.

6.9 Рекомендуемая литература

1. Савельев, И. В. Курс физики в 5-х томах, том 2. Электричество и магнетизм [Техт] / И. В. Савельев. ‑ М.: Лань, 2011. – 352 с.

2. Детлаф, А. А. Курс физики [Техт] / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. ‑ М.: Высшая школа, 2002. – 718 с.

3. Трофимова, Т. И. Курс физики [Техт] / Т. И. Трофимова. – М.: Академия, 2006. – 560 с.

7 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ИСТОЧНИКА ТОКА И ЕГО МОЩНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ

7.1 Цель работы

Исследование зависимости коэффициента полезного действия источника тока, полной мощности и мощности, выделяемой во внешней цепи, от сопротивления внешней цепи; определение сопротивления внешней цепи, при котором мощность, выделяемая во внешней цепи, будет максимальной; определение внутреннего сопротивления исследуемого источника тока.

7.2 Оборудование

Два источника тока с добавочными резисторами, амперметр, вольтметр, магазин резисторов, соединительные провода.

7.3 Метод измерений

Изменяя величину нагрузки источника тока, измеряют напряжение на ней, на основе чего определяют полезную мощность и КПД в цепи.

7.4 Подготовка к работе

В ходе домашней подготовки к выполнению лабораторной работы студенты знакомятся с теоретической частью (п. 7.5) настоящего методического указания. Кроме того, ими подготавливается бланк отчета по лабораторной работе, содержащей титульный лист (см. Приложение А); цель работы (п. 7.1); краткое описание экспериментального оборудования (п. 7.2); письменные ответы на контрольные вопросы (п. 7.8) при использовании теоретической части (п. 7.5) и рекомендуемой литературы (п. 7.9).