Лабораторная работа 4 электричество. Отчет по лабораторной работе 4 Исследование магнитных полей различной конфигурации

• Название: Отчет по лабораторной работе 4 Исследование магнитных полей различной конфигурации
• Анкор: Лабораторная работа 4 электричество
• Дата: 05.05.2023
• Размер: 111.41 Kb.
• Имя файла: lab_rabota_4_magn_polya (1).docx
• Тип: Отчет; #1109827

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет


Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №4

Исследование магнитных полей различной конфигурации

Выполнил: студент гр. ИГ-22-1 _________________ /дискуссия./

_{(подпись) (Ф.И.О)}


Проверил: ____________________ / /

_{(подпись) (Ф.И.О)}


Санкт- Петербург

2023
1.Цель работы

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

2.Краткое теоретическое содержание

Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля, проявляющаяся в том, что на движущиеся в магнитном поле заряды действуют силы.

Магнитное поле – поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля.

Соленоид – катушка электрического тока, у которой длина обмотки многократно превышает её диаметр.

Принцип суперпозиции заключается в том, что магнитное поле, создаваемое несколькими движущимися зарядами или токами, равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым зарядом или током в отдельности.

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчётные формулы.

Закон Био-Савара-Лапласа в скалярной форме:



где: 𝜇0 – магнитная постоянная, равная 4 ∙ 𝜋 ∙ 10−7 [ Тл∙м А ];

𝐼 – сила тока, [𝐼] = 𝐴;

𝑑𝑙 – вектор, совпадающий с элементарным участком тока и направленный по току;

𝑟 – радиус-вектор;

𝛼 – угол между 𝑑𝑙 и 𝑟;

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

1. 
   Формула расчёта магнитной индукции, создаваемой витком с током, : ,
   

где: – радиус поперечного сечения витка с током, ;
— количество витков; – расстояние от центра витка по оси, .

2. 
   Формула для магнитной индукции, создаваемой короткой катушкой, : ,
   

где: — длина короткой катушки, = м; – радиус поперечного сечения короткой катушки, ; — количество витков короткой катушки; , .

3. 
   Формула для расчёта магнитной индукции, создаваемой в центре соленоида, : ,
   

где: — количество витков соленоида; — длина соленоида, = м.

4. 
   Формула расчёта индуктивности соленоида, : ,
   

где: — потокосцепление, ; — площадь поперечного сечения соленоида, = м².

Формула для расчета погрешностей косвенных измерений

1. 
   Абсолютная погрешность измерений индуктивности соленоида:
   

,

где: – среднее значение индуктивности соленоида, ;

– погрешность прямых измерений магнитной индукции соленоида, [ ] = Тл; – погрешность прямых измерений силы тока, [ ] = A;
– среднее значение магнитной индукции соленоида, [ ] = Тл;
– среднее значение силы тока, [ ] = А.

Погрешность прямых измерений

B = 0,01 мТл;

I = 0,025 A;

L = 1 мм;

Таблица измерений

Таблица 1

Исследование магнитного поля витка с током ( = 4, = 0,03 м, = 4 А)

	cм	-8	-7	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4
	мТл	0,01	0,02	0,02	0,05	0,07	0,011	0,18	0,24	0,28	0,26	0,19	0,13	0,07
	мТл	0,01	0,02	0,03	0,05	0,07	0,12	0,19	0,29	0,33	0,29	0,19	0,12	0,07

Таблица 1 (продолжение)

5	6	7	8
0,05	0,03	0,02	0,00
0,05	0,03	0,02	0,01

Таблица 2

Исследование магнитного поля витка с током ( )

	A		0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
	мТл	0,00	0,02	0,08	0,11	0,14	0,16	0,21	0,25	0,29
	мТл	0,00	0,04	0,08	0,13	0,17	0,21	0,25	0,29	0,33

Таблица 3

Исследование магнитного поля короткой катушки с током ( = 300, = 0,03 м, = 4 А, =0,03 м)

	см	-10	-9	-8	-7	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2
	мТл	0,21	0,40	0,70	1,12	1,96	3,57	6,73	11,69	16,08	18,25	18,71	17,99	15,67
	мТл	0,62	0,83	1,15	1,64	2,42	3,74	5,97	9,67	14,94	20,21	22,47	20,21	14,94

Таблица 3 (продолжение)

3	4	5	6	7	8	9	10
11,15	6,37	3,45	2,12	1,21	0,71	0,42	0,24
9,67	5,97	3,74	2,42	1,64	1,15	0,83	0,62

Таблица 4

Исследование магнитного поля короткой катушки с током ( )

	A	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
	мТл	0,00	2,33	4,58	7,30	9,30	11,62	13,82	16,34	18,79
	мТл	0,00	2,81	5,62	8,43	11,23	14,04	16,85	19,66	22,47

Таблица 5

Исследование магнитного поля соленоида с током ( =150, =0,013 м,
= 4 А, =0,16 м)

	см	-10	-9	-8	-7	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2
	мТл	0,17	0,52	1,57	3,42	4,07	4,27	4,37	4,40	4,45	4,47	4,46	4,45	4,40
	мТл			4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71

Таблица 5 (продолжение)

3	4	5	6	7	8	9	10
4,39	4,36	4,19	3,69	2,33	0,85	0,29	0,12
4,71	4,71	4,71	4,71	4,71	4,71

Таблица 6

Исследование магнитного поля соленоида с током ( =150, =0,013 м,
= 4 А, =0,16 м, )

I		A		0		0,5		1		1,5		2		2,5		3		3,5		4
		мТл		0,00		0,52		1,07		1,61		2,15		2,75		3,31		3,88		4,46
		мТл		0,00		0,59		1,18		1,77		2,36		2,94		3,53		4,12		4,71
	мкГн				82,68		85,06		85,33		85,46		87,45		87,71		88,13		88,64		86,31

Примеры вычисления для одного опыта

Пример вычислений для таблицы 1

Расчёта магнитной индукции, создаваемой витком с током:

Пример вычислений для таблицы 2
Пример вычислений для таблицы 3

Расчёт магнитной индукции, создаваемой короткой катушкой с током:


Пример вычислений для таблицы 4



Пример вычислений для таблицы 5

Расчёт магнитной индукции, создаваемой в центре соленоида:

Пример вычислений для таблицы 6

Расчёт индуктивности соленоида:



Расчет погрешности косвенных измерений



Относительная погрешность косвенных измерений экспериментальной индуктивности соленоида:



Анализ результатов (сравнительная оценка результатов)



Графики зависимостей










Вывод

В работе были исследованы магнитные поля различной конфигурации и магнитные индукции различных объектов: витка с током, короткой катушки, соленоида; экспериментально оценены значения магнитной индукции при различных расстояниях от центра объектов и при различных силах тока, значение индуктивности соленоида. Было экспериментально вычислено значение индуктивности соленоида(86,31 мкГн), а незначительное расхождение с теоретическим значением (90мкГн) говорит о достаточной точности проводимых измерений.