Лр. 4. Отчет По лабораторной работе 4 Исследование магнитных полей различной конфигурации
![]()
|
П ![]() 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 Цель работы-Измерение магнитной индукции полей, создаваемых проводниками с током различной конфигурации. Экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа. 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. 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: ![]() 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. Основные расчетные формулы Индукция магнитного поля: ![]() R- радиус поперечного сечения катушки (м) I – сила тока в катушке (А) z- расстояние ( м) N- число витков (шт) ![]() Индукция магнитного поля внутри соленоида: ![]() Индукция магнитного поля (теоретическое): ![]() Индуктивность соленоида: ![]() Формулы погрешностей косвенных измерений: Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукции, создаваемой короткой катушкой: ![]() Максимальная абсолютная погрешность измерения магнитной индукцией, создаваемой соленоидом: ![]() Таблицы измерений Таблица 1. Зависимость магнитной индукции на оси витка с током от расстояния до конца центра катушки.
Таблица 2. Зависимость магнитной индукции в центре витка с током от силы тока в ней.
Таблица 3. Зависимость магнитной индукции короткой катушки от расстояния до его центра.
Таблица 4. Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней.
Таблица 5. Зависимость магнитной индукции соленоида от расстояния до его центра.
Таблица 6. Зависимость магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем.
Пример вычислений ![]() ![]() ![]() ![]() 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. ![]() 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. |