III. Описание установки и методика измерений.
Работа № 75м
Определение индукции магнитного поля.
Цель работы: приобретение навыков работы с датчиком индукции магнитного поля. Экспериментальное определение магнитной индукции на оси короткой и длинной катушек и сравнение с величинами, полученными расчетом.
I. Введение.
1. Магнитные свойства вещества обусловлены спиновыми и орбитальными магнитными моментами.
Как показывают опыты по гиромагнитному эффекту основной вклад в магнетизм ферромагнитных материалов обусловлен спиновой составляющей.
Наличие обменного взаимодействия приводит к появлению самопроизвольной намагниченности в определенном температурном интервале и разбиению ферромагнетика на домены.
Если внешнее поле отсутствует, то магнитные моменты доменов ориентированы беспорядочно – результирующий магнитный момент вещества равен нулю. При включении поля имеет место упорядочение магнитных моментов доменов; в направлении поля появляется результирующий магнитный момент; т.е. вещество намагничивается и создает свое собственное магнитное поле. Последнее, складываясь с внешним магнитным полем, образует результирующее поле, силовой характеристикой которого является магнитная индукция
(1)
2. Существует несколько методов исследования магнитных свойств вещества. Перечислим некоторые из них:
а) баллистический метод основан на измерении количества электричества, протекающего через витки обмотки, охватывающей образец, при изменении в нем магнитного потока;
|
|
|
б) магнитометрический метод использует эффект воздействия образца на магнитную стрелку;
в) электродинамический метод позволяет определить индукцию по измерению угла поворота рамки с током, находящейся в магнитном поле;
г) индукционный метод основан на измерении электродвижущей силы индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке.
Для определения магнитной индукции можно пользоваться радиотехническими методами, а магнитную структуру магнетика можно исследовать посредством нейтронографии (ссылка 1).
3
II. Теория.
Из лекционного курса общей физики известно, что индукция магнитного поля на оси кругового тока определяется следующим образом:
(2)
где R – радиус витка;
h – расстояние от точки, лежащей на оси витка, до его плоскости.
Пусть короткая катушка содержит N витков, по каждому из них течет ток I. Тогда, учитывая (2), индукцию на оси катушки можно вычислить по формуле:
(3)
Для получения формулы расчета индукции магнитного поля соленоида выберем систему координат как показано на рисунке.
|
|
|
Точка О – центр соленоида, индукция направлена по оси х.
0 х
х
L/2
Рис.1.
Можно показать (ссылка 3), что
(4)
Если выполняется соотношение 2R<<L, то на оси соленоида в центре его и в торце согласно (4), получим выражение для индукции:
4
III. Описание установки и методика измерений.
В настоящей работе используется индукционный метод. Элементами, создающими магнитное поле, в работе являются соленоид и короткая катушка, надетая поверх соленоида. Для обеспечения электропитания переменным током частоты 50 Гц каждая из катушек поочередно присоединяется к гнездам модуля.
В качестве датчика магнитной индукции служит рамка, размещенная внутри соленоида на его оси. К рамке присоединен шток, выведенный наружу. Двигая шток можно перемещать рамку, а следовательно, измерять индукцию в различных точках на оси. Следует отметить, рамка расположена так, что её плоскость перпендикулярна линии индукции магнитного поля. Следовательно,
Ф=BScosa=BS.
Пусть индукция магнитного поля во времени изменяется по закону
Ф=B0Scoswt.
Такой поток пересекает каждый виток рамки, и в каждом возникает ЭДС индукции, равная скорости изменения магнитного потока, а в катушке из N витков ЭДС определяется уравнением 7
|
|
|
(7)
Здесь N – число витков катушки;
B – индукция магнитного поля;
S – площать витков измерительной рамки;
w=2pn – циклическая частота переменного тока.
Милливольтметр, установленный на стенде, измеряет действующее значение, т.е.
.
Измерив Ед, N, S и приняв w=2p*50=314 с-1 можно определить В:
(8)
Выводы: расчет величины индукции магнитного поля по данным эксперимента проводится по формуле (8).
Теоретический расчет индукции магнитного поля соленоида и катушки осущетсвляется по формулам (4) и (3).
5
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 296; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!