13 лаба по физике 2 сем. Лаба 13. Исследование магнитного поля кругового тока
 Скачать 422.89 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра Физики отчет по лабораторной работе №13 по дисциплине «Физика» Тема: Исследование магнитного поля кругового тока (закон Био-Савара-Лапласа)
Санкт-Петербург 2021 Цель работы. Ознакомление с методикой измерения индукции магнитного поля, экспериментальное исследование магнитного поля, созданного круговым током, приобретение навыков расчета магнитного поля с помощью закона Био – Савара – Лапласа. Основные теоретические положения. Схема установки В  работе используется планшет (1), с нанесенной на него координатной сеткой. На планшете установлено кольцо (2), внутри которого медным проводом намотана катушка. Кольцевая катушка (2) подключена к генератору (3), индукция магнитного поля, созданного током, протекающим в катушке (2), измеряется в разных точках планшета катушкой-датчиком (4), подключенной к измерительной схеме (5). В процессе измерения исследователь поворачивает датчик (4) в горизонтальной плоскости, добиваясь максимальных показаний вольтметра измерительной схемы. На корпусе датчика (4) нанесена стрелка, направление которой совпадает с осью катушки. Помещая датчик в различные точки планшета, и, измеряя индукцию магнитного поля в данной точке, можно построить картину исследуемого поля.Исследуемые закономерности Магнитное поле кругового тока.Индукция магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводнике произвольной формы рассчитывается с помощью закона Био – Савара – Лапласа:  , где значение индукции магнитного поля на вертикальную ось кругового витка определяется выражением:  , где  – радиус кругового тока,  – сила тока,  – число витков в катушке.Магнитный момент. Будучи помещенным в магнитное поле, круговой виток с током испытывает на себе действие вращающего момента силы и ориентируется в поле таким образом, что плоскость витка располагается перпендикулярно вектору магнитной индукции внешнего поля. Ориентирующий момент силы, действующий на круговой ток, можно описать соотношением:  , где  – магнитный момент витка с током, который в свою очередь равен   , где – сила тока в витке,  – площадь, охваченная током витка,  – единичный вектор к нормали плоскости витка.Выражение  справедливо для любой формы тока, образующего замкнутую петлю.Явление электромагнитной индукции. Процесс измерения значений индукции магнитного поля основан на использовании явления электромагнитной индукции:  Поскольку катушка, создающая исследуемое магнитное поле, питается переменным током частоты f, то  , где – эффективная площадь сечения катушки датчика,  – число витков катушки датчика.Протокол измерений «Исследование магнитного поля кругового тока (закон Био-Савара-Лапласа)» Выполнила студентка гр.0583 Таблица 1 (по оси Оу вверх) Федорова И.А.
Таблица 2 (по оси Оу вниз)
Таблица 3 (внутри витка)
Таблица 4 (вне витка)
Обработка результатов. Определим значения индукции магнитного поля на оси витка в точках, где проводились измерения. Используем формулу:        По оси Оу вверх                 По оси Оу вниз   Тогда  По оси Оу вверх:           По оси Оу вниз:          По оси Ох (внутри витка):           По оси Ох (вне витка):           Рассчитаем для выбранных векторов индукции погрешности их модулей:  , где   Найдем  :                      Тогда,  Запишем результат с учетом погрешности:  ;  Рассчитаем магнитный момент витка с током. Определим максимальный вращающий момент, действующий на виток в магнитном поле Земли на широте Санкт-Петербурга.  , где   Определим максимальный вращающий момент, действующий на виток в магнитном поле Земли на широте Санкт-Петербурга. Координаты Санкт-Петербурга:  Тогда    Вывод: в ходе лабораторной работы изучили принцип измерения индукции магнитного поля, экспериментально исследовали магнитное поле, созданное круговым витком с током, для нахождения магнитной индукции использовали закон Био-Савара-Лапласа. |
