Главная страница
Навигация по странице:

  • Исследование магнитных полей различной конфигурации

  • Краткое теоретическое содержание

  • Магнитная проницаемость среды

  • Сила тока

  • Напряженность магнитного поля

  • Основные физические законы и соотношения

  • Основные расчетные формулы

  • Формулы погрешностей косвенных измерений

    		•

    Лр. 4. Отчет По лабораторной работе 4 Исследование магнитных полей различной конфигурации


    Скачать 231.86 Kb.
    НазваниеОтчет По лабораторной работе 4 Исследование магнитных полей различной конфигурации
    Дата14.11.2021
    Размер231.86 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаЛр. 4.docx
    ТипОтчет
    #271661

    П ЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ


    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
    федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
    профессионального образования

    «Санкт-Петербургский горный университет»

    Отчет

    По лабораторной работе №4

    Исследование магнитных полей различной конфигурации


    Выполнил: _______________

    Проверил: _______________

    Санкт-Петербург

    2021

    1. Цель работы-Измерение магнитной индукции полей, создаваемых проводниками с током различной конфигурации. Экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа.

    2. Краткое теоретическое содержание

    Магнитное поле – силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты. Создается только движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды.

    Соленоид– свернутый в спираль изолированный проводник, по которому течет электрический ток.

    Магнитная проницаемость среды – безразмерная величина, показывающая во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды.

    Электрический ток – направленное движение электрически заряженных частиц.

    Сила тока – скалярная физическая величина, равная величине электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.

    Индуктивность– величина, характеризующая магнитные свойства проводника.

    Магнитная индукция – основная характеристика магнитного поля, представляющая собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и другими элементарными частицами.

    Напряженность магнитного поля – векторная величина, являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Не зависит от магнитных свойств среды.

    1. Основные физические законы и соотношения:

    Закон Био-Савара-Лапласа:

    Определяет индукцию поля dB создаваемого элементом проводника с током в точке, находящейся на расстоянии r от элемента проводника.



    Магнитное поле на оси короткой катушки:

    В соответствии с принципом суперпозиции магнитное поле катушки представляет собой алгебраическую сумму полей отдельных витков.



    Циркуляции вектора магнитной индукции:



    1. Схема установки



    1 – измеритель индукции магнитного поля (тесламетр); А – амперметр; 2 – соединительный провод; 3 – измерительный щуп; 4 – датчик Холла; 5 – исследуемый объект (короткая катушка, прямой проводник, соленоид); 6 – источник тока; 7 – линейка для фиксирования положения датчика; 8 – держатель щупа.


    1. Основные расчетные формулы

    Индукция магнитного поля:

    , где В- магнитная индукция ( Тл)

    R- радиус поперечного сечения катушки (м)

    I – сила тока в катушке (А)

    z- расстояние ( м)

    N- число витков (шт)

    -4 π ⋅ 10− 7 Гн/м – магнитная постоянная
    Индукция магнитного поля внутри соленоида:



    Индукция магнитного поля (теоретическое):



    Индуктивность соленоида:

    , где d- диаметр (м)

    1. Формулы погрешностей косвенных измерений:

    Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукции, создаваемой короткой катушкой:



    Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукцией, создаваемой соленоидом:



    1. Таблицы измерений

    Таблица 1. Зависимость магнитной индукции на оси витка с током от расстояния до конца центра катушки.

    z
    cm
    -8
    -7
    -6
    -5
    -4
    -3
    -2
    -1
    0
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8



    мТл
    0,09
    0,14
    0,15
    0,16
    0,17
    0,2
    0,21
    0,22
    0,24
    0,26
    0,27
    0,28
    0,28
    0,25
    0,26
    0,24
    0,22



    мТл
    0,014
    0,02
    0,03
    0,045
    0,072
    0,118
    0,193
    0,286
    0,336
    0,286
    0,193
    0,18
    0,072
    0,045
    0,03
    0,02
    0,014

    Таблица 2. Зависимость магнитной индукции в центре витка с током от силы тока в ней.

    I
    A
    0
    0,5
    1
    1,5
    2,0
    2,5
    3,0
    3,5
    4,0

    Bэксп
    мТл
    0,00
    0,02
    0,06
    0,08
    0,12
    0,14
    0,18
    0,22
    0,24

    Bтеор
    мТл
    0,00
    0,035
    0,071
    0,107
    0,143
    0,179
    0,215
    0,251
    0,286

    Таблица 3. Зависимость магнитной индукции короткой катушки от расстояния до его центра.

    z
    cm
    -10
    -9
    -8
    -7
    -6
    -5
    -4
    -3
    -2
    -1
    0
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10



    мТл
    17,2
    17,53
    17,73
    17,92
    18,10
    18,24
    18,36
    18,58
    18,74
    18,73
    18,69
    18,68
    18,59
    18,51
    18,44
    18,35
    18,21
    18,01
    17,81
    17,61
    17,36



    мТл
    8,36
    9,33
    10,53
    12,03
    13,94
    16,35
    19,3
    22,47
    24,79
    24,79
    22,47
    19,3
    16,35
    13,94
    12,03
    10,53
    9,33
    8,36
    7,56
    6,9
    6,3

    Таблица 4. Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней.

    I
    A
    0
    0,5
    1
    1,5
    2,0
    2,5
    3,0
    3,5
    4,0

    Bэксп
    мТл
    0,01
    2,34
    5,46
    7,56
    9,59
    11,83
    14,89
    17,16
    19,16

    Bтеор
    мТл
    0,0
    2,817
    5,63
    8,45
    11,26
    14,08
    16,9
    19,7
    22,5

    L
    мГн
    0,0
    0,415
    0,414
    0,414
    0,414
    0,415
    0,42
    0,414
    0,414



    Таблица 5. Зависимость магнитной индукции соленоида от расстояния до его центра.

    z
    cm
    -10
    -9
    -8
    -7
    -6
    -5
    -4
    -3
    -2
    -1
    0
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10



    мТл
    4,41
    4,42
    4,43
    4,44
    4,45
    4,45
    4,45
    4,44
    4,43
    4,43
    4,4
    4,41
    4,39
    4,38
    4,37
    4,36
    4,36
    4,35
    4,34
    4,33
    4,33



    мТл
    0,62
    0,83
    1,149
    1,64
    2,429
    3,747
    5,99
    9,69
    14,99
    20,27
    22,53
    20,627
    0,62
    0,83
    1,149
    1,64
    2,429
    3,747
    5,99
    9,69
    14,99

    Таблица 6. Зависимость магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем.

    I
    А
    0
    0,5
    1
    1,5
    2
    2,5
    3
    3,5
    4



    мТл
    0,01
    0,48
    1,13
    1,71
    2,612
    2,68
    3,33
    3,89
    4,40



    мТл
    0
    0,59
    1,18
    1,77
    2,36
    2,95
    3,54
    4,13
    4,72



    1. Пример вычислений

    ;

    ;

    ;

    ;

    1. Графики вычислений

    Теоретическая и экспериментальная зависимость магнитной индукции на оси витка от расстояния z до центра витка.



    Теоретическая и экспериментальная зависимость магнитной индукции в центре витка от силы тока в нем



    Теоретическая и экспериментальная зависимость магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния z до ее центра.



    Теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней.



    Построить теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции на оси соленоида от расстояния z до его центра.



    Теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем.



    1. Результаты






    Вывод:


    В ходе изучения магнитных полей, возникающих вокруг различных проводников с током, было выяснено, что чем дальше расстояние от проводника, тем меньше индукция магнитного поля, следовательно, и напряженность. Что доказывает справедливость закона Био-Савара-Лапласа на практике. Так же при исследовании короткой катушки и соленоида было выяснено, что наибольшее поле находится внутри катушки и соленоида и внутри постоянно. Расхождение теоретических и экспериментальных данных объясняется косвенной погрешностью вычислений, прямыми погрешностями измерений, и пренебрежением краевым эффектом в теоретических расчетах.

    написать администратору сайта