2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Запишите формулу, связывающую индукцию и напряженность магнитного поля. Используя рассчитанное среднее значение горизонтальной состав-ляющей индукции магнитного поля Земли, вычислите соответствующее зна-чение напряженности для нашей широты.

2. Какое положение в пространстве примет магнитная стрелка тангенс-гальванометра при наличии: а) только магнитного поля Земли; б) только магнитного поля кругового тока; в) магнитных полей Земли и кругового то-ка (виток находится в плоскости магнитного меридиана)?

3. Приведите расчетную формулу индукции магнитного поля в центре круго-вого тока. Как изменится индукция магнитного поля в центре кругового то-ка, если: а) ток в витке увеличить в 2 раза? б) радиус витка увеличить в 2 раза?

4. На какой географической широте горизонтальная составляющая вектора ин-дукции магнитного поля Земли равна нулю?

144

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ измерений к лабораторной работе №55

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Радиус витков R = _____________

Число витков N= ______________

Определение цены деления приборов

№		Предел подключения	Число	Цена деления
п/п	Прибор	с указанием единицы	делений на	с указанием еди-
		измерения	шкале	ницы измерения
1	Амперметр

№ п/п	I, A	α	°	α	°	α	°	BB ,Тл
			1 ,		2 ,		ср ,	0
1
2
3
среднее

Дата________ Подпись преподавателя___________________

145

Рисунок 1

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Лабораторная работа № 57

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОРОИДА ОТ НАПРЯЖЕННОСТИ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ПОЛЯ

Цель работы – исследовать зависимость индукции магнитного поля то-роида и магнитной проницаемости сердечника тороида от напряженности внешнего намагничивающего поля.

Приборы и принадлежности: тороид с железным сердечником, регули-руемый источник питания ВС-24М, измеритель магнитной индукции, ампер-метр.

Общие положения

Совокупность тел, по которым проходит поток магнитной индукции, на-зывается магнитной цепью. Если поток переходит из одной среды в другую среду целиком , то говорят о последовательном соединении сред. Примером не-

разветвленной магнитной цепи может служить система, представляющая собой

l0

электромагнит в виде тороида дли-

ной l (длина средней линии) с воз-

l

душным зазором шириной l0 (рис.1).

Наличие зазора существенно

меняет величину напряженности Н

~

+

_

магнитного поля тороида,

поэтому

для ее расчета нельзя применять

~

+

_

формулу для расчета напряженно-

сти поля сплошного тороида:

H =

NI

,

(1)

2πr

где N – число витков тороида; I –

сила тока в обмотке тороида, r – расстояние от центра тороида до точки, в ко-торой ищется Н.

Для определения напряженности магнитного поля тороида воспользуемся законом полного тока:

r r	N
∫L Hdl	= ∑I k = NI	(2)
	k =1

В формуле (2) циркуляция вектора H считается по контуру L, образован-ному средней линией тороида и воздушным зазором.

Обозначив Н – напряженность магнитного поля внутри тороида, H₀ – на-пряженность поля в воздушном зазоре, получим

H l + H 0l0 = N I

(3)

146

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

Так как магнитная проницаемость воздуха μ ≈1, то индукция В₀ магнит-ного поля в зазоре связана с напряженностью Н₀ магнитного поля соотношени-ем B₀ = μ₀ H ₀ . Сделав замену в уравнении (3), найдем

	NI −	B0l0
H =		μo		(4)
	l

Поскольку ширина l₀ зазора значительно меньше l, то рассеяние магнит-ного поля невелико, и можно считать, что индукция В₀ магнитного поля в зазо-ре равна индукции В поля в тороиде, т.е. В₀ =В. Таким образом, для определения напряженности Н магнитного поля внутри тороида надо знать индукцию поля В, силу тока I, длину l железного сердечника и длину l₀ воздушного зазора.

Магнитную проницаемость материала тороида можно рассчитать по формуле

μ =	B	.	(5)
	μ0 H

Отметим, что магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от на-пряженности внешнего поля. Начальной магнитной проницаемостью называет-ся величина, измеренная при небольших значениях Н.

			Описание экспериментальной установки
	Экспериментальная установка состоит из электромагнита в виде тороида
							1, источника тока 2, изме-
							рителя	магнитной индук-
							ции ИМИ с датчиком Хол-
							ла 3 (рис.2). Обмотку то-
							роида можно подключать к
~		_	1				источнику постоянного или
	+						переменного тока. Величи-
							на тока	плавно меняется
			~	_ +			при помощи регулятора на
							передней		панели прибора.
							Переменный ток использу-
							ется для		размагничивания
			Рисунок 2				железного		сердечника
							электромагнита. Известно,

ч то в убывающем переменном магнитном поле ферромагнетик размагничивает-ся, поэтому уменьшение переменного тока в обмотке тороида от некоторого значения до 0 приведет к размагничиванию сердечника.

Индукция В магнитного поля измеряется при помощи измерителя маг-нитной индукции, работа которого основана на эффекте Холла. Датчик Холла помещают в измеряемое магнитное поле и снимают показания со шкалы при-бора.

147

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-ния)?

3. Запишите формулу, связывающую индукцию и напряженность магнитного поля.

4. Запишите формулу, по которой Вы будете рассчитывать напряженность магнитного поля в зазоре сердечника. Поясните смысл обозначений.

5. Какие графики необходимо построить по результатам работы? Схематично нарисуйте теоретический вид проверяемых зависимостей.

Выполнение работы

1. Записать число витков N тороида, длину l средней линии сердечника, шири-ну l₀ воздушного зазора. Данные указаны на рабочем месте.

2. Собрать схему для размагничивания (рис. 1).

   3. Размагнитить сердечник электромагнита. Для этого, включив источник пи-тания, ручкой регулировки выходного напряжения медленно увеличить его до максимального значения и так же медленно уменьшить до нуля.

3. Включить измеритель магнитной индукции. Тумблер предела измерений магнитного поля перевести в положение «×2» и ручкой «Уст. 0» установить стрелку прибора на середину шкалы (показание 0).

3. При помощи измерителя магнитной индукции провести проверку размагни-чивания. Для этого датчик Холла поместить в зазор сердечника тороида.

3. После размагничивания, отключить электромагнит от источника питания.

3. Собрать схему для намагничивания (рис. 2). Регулятор напряжения устано-вить на нулевую отметку.

4. Определить цену деления амперметра.

3. Ввести датчик измерителя магнитной индукции в зазор сердечника. Увели-чивая ток в цепи с шагом, указанным преподавателем, снимать показания измерителя магнитной индукции, умножая их на 2. (ни в коем случае не до-пускать уменьшения тока), Измерения проводить при каждом значении то-ка дважды, меняя ориентацию датчика на 180º (стрелка прибора при этом должна отклоняться в противоположную сторону по шкале прибора). По двум измерениям индукции магнитного поля берут среднее значение.

3. При достижении максимального значения индукции на пределе «×2», пе-рейти на предел «×5». При переходе на данный предел вынуть датчик из за-зора электромагнита и ручкой «Уст. 0» установить стрелку прибора на 0. Датчик магнитометра при этом не должен находиться в сердечнике электро-магнита.

3. Продолжить измерения согласно п. 8, умножая показания измерителя на 5.

148

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

Оформление отчета