Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI






Скачать 311.75 Kb.
НазваниеФизика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI
страница1/3
Дата публикации25.11.2013
Размер311.75 Kb.
ТипЛитература
top-bal.ru > Физика > Литература
  1   2   3

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

В.А. Курочкин, Е.А. Мухай, А.Н. Разумовский



ФИЗИКА



ПОСОБИЕ


к выполнению лабораторных работ

Часть ХI


Исследование магнитного поля

Дифракция света

для студентов I и II курсов

всех специальностей

дневного обучения

Москва – 2004




ББК 53

К 93

Рецензент: канд. физ.-мат. наук, доц. В.Д. Козлов

Курочкин В.А., Мухай Е.А., Разумовский А.Н.

К 93       Физика. Пособие к выполнению лабораторных работ. Часть XI.




Исследование магнитного поля. Дифракция света. – М.: МГТУ ГА, 2004. – 28 с.

     Данное пособие издается в соответствии с учебным планом для студентов I и II курсов всех специальностей дневного обучения.

     Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 12.03.03 г. и методического совета 20.03.03 г.


^

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА


"ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ"
1. Цель работы. Изучение пространственного распределения магнитного поля соленоида и кольцевого проводника с током и сравнение полученных экспериментальных результатов с теоретическими расчетами на основе закона Био – Савара – Лапласа.
2. ^ Подготовка к работе. Изучите теоретический материал по теме "Магнитное поле в вакууме", пользуясь рекомендуемой литературой ([1], §39 – 42; [2], гл. 13, 14). Ознакомьтесь с методикой проведения эксперимента. Занесите необходимые сведения к себе в лабораторный журнал, перерисуйте рисунки и начертите две пустые таблицы. Подготовьте ответы на вопросы к допуску.
3. ^ Вопросы для допуска к лабораторной работе

1. Сформулируйте закон Био – Савара – Лапласа и поясните метод расчета индукции магнитного поля для проводника произвольной формы, по которому течет заданный электрический ток.

2. Изобразите силовые линии индукции магнитного поля прямого провода, кольцевого витка и соленоида конечной длины, по которым течет электрический ток.

3. Произведите расчет индукции магнитного поля в центре кольцевого проводника с током на основе закона Био – Савара – Лапласа (см. формулы (1) и (2)).

4. Пользуясь формулой (5), докажите, что на больших расстояниях от кольцевого проводника с током индукция магнитного поля на оси витка изменяется обратно пропорционально кубу расстояния до центра витка.

5. На каком физическом законе основан метод измерения индукции магнитного поля B в данной лабораторной работе? Почему показания вольтметра прямо пропорциональны индукции B? Применим ли этот метод для измерения магнитного поля постоянного тока?
4. Литература

  1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1982.

  2. Фейнмановские лекции по физике. Т. 5. М.: Мир, 1966.

5. краткая теория

Магнитное поле — это материальная среда; оно является разновидностью электромагнитного поля. Магнитное поле действует на проводник с током, на рамку с током, на магнитную стрелку и на движущийся электрический заряд. Источники магнитного поля — это проводники с током, движущиеся электрические заряды, постоянные магниты и переменные электрические поля.

В данной лабораторной работе исследуется магнитное поле, создаваемое проводниками, по которым протекает переменный электрический ток.

Согласно закону Био – Савара – Лапласа, магнитное поле , создаваемое элементом тока в некоторой точке пространства A, при условии, что по проводнику течет ток I, равно (рис. 1):

,

(1)

где — элемент тока, сонаправленный с током, — вектор, проведенный из начала элемента тока в точку A, — магнитная постоянная. Направление векторного произведения определяется по правилу правого винта: первый сомножитель надо довернуть ко второму по кратчайшему расстоянию — это определит направление вращения винта, а направление поступательного движения винта укажет направление векторного произведения.









На основе формулы (1) можно рассчитать магнитное поле для проводника произвольной формы, разбивая его на элементы и суммируя вклады от всех элементов, что достигается интегрированием по длине проводника ℓ:

.

(2)

Например, поле прямого бесконечно длинного провода на расстоянии r от провода равно

.




Для индукции магнитного поля на оси кольцевого проводника радиуса R с заданным током I (рис. 2) расчеты по формуле (2) дают следующее выражение:

.

(3)

Согласно формуле (3), в центре витка (при r = 0) индукция магнитного поля максимальна и равна

.

(4)

Из (3) и (4) следует, что отношение не зависит от величины тока I:

.

(5)

Полученная формула (5) показывает, что магнитное поле кольцевого проводника с током быстро спадает по мере удаления от его центра. Формула (5) также остается справедливой, если ток, протекающий по проводнику, является переменным.

Для получения однородных магнитных полей, то есть полей с в пределах протяженной области пространства, используют соленоид — длинную катушку с большим количеством витков. На рис. 3 соленоид представлен в сечении вдоль его оси.

Расчеты, проведенные на основе закона Био – Савара – Лапласа, показывают, что магнитное поле на оси прямого соленоида на расстоянии r от его центра равно:

,

(6)

где I — электрический ток, протекающий в обмотке соленоида, n — число витков на единицу длины соленоида, α1 и α2 — углы между образующей соленоида и прямыми линиями, проведенными из точки определения поля к краям соленоида (рис. 3).

Из рис. 3 видно, что косинусы углов α1 и α2 определяются выражениями:

,

где L — длина соленоида, R — его радиус. Магнитное поле максимально в центре соленоида:

.

(7)

Тогда отношение не зависит от тока I и на оси соленоида равно:

.

(8)

Формула (8) также остается справедливой, если ток, протекающий по обмотке соленоида, является переменным.

Как видно из формулы (6), магнитное поле внутри соленоида конечной длины является неоднородным, т.е. зависит от расстояния r до центра соленоида. Однако часто требование однородности заменяется требованием, чтобы в данной области величина магнитного поля изменялась по сравнению с максимальным значением не более чем на γ %, где γ определяется условиями эксперимента.

Длиной области однородности для кольцевого проводника с током (или соленоида) называется протяженность области, отсчитываемая вдоль оси кольцевого проводника (или соленоида) от его центра, в пределах которой индукция магнитного поля меняется от до . Чем более однородное поле нам требуется, тем меньше γ, тем меньше длина области однородности. Практически длина области однородности определяется по экспериментальному графику зависимости .
6. Методика проведения эксперимента и описание установки

Перейдем к рассмотрению метода измерения индукции магнитного поля B. Схема установки приведена на рис. 4.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ (курс «Базы данных и знаний», часть 1)
Методические указания предназначены для студентов экономического и механико-математического факультетов. Здесь определены цели и...

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ для студентов...
Целью лабораторных работ является обучение студентов математическим моделям и методам решения экономических задач, базирующихся на...

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ в среде табличного...
В сборник вошли методические указания к выполнению следующих лабораторных работ в среде табличного процессора excel 2003

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ в среде табличного...
В сборник вошли методические указания к выполнению следующих лабораторных работ в среде табличного процессора excel 2007

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconУчебное пособие, методические рекомендации и лабораторные работы...
В пособии приведены описания лабораторных работ и методические указания к их выполнению, а также приложения, содержащие справочные...

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика»
Еские указания предполагают краткую теоретическую подготовку по данной теме с составлением отчета по указанной теме лабораторной...

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconСписок рекомендуемой литературы основная литература Волькенштейн...
Бочкарева С. К., Гурина Т. А., Якупова Т. И. Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по курсу общей физики. Часть Оптика....

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconКалендарный план проведения лабораторных работ по курсу “Химия” студентами факультета ггг и Г
Лабораторная работа №1 “Техника лабораторных работ. Методы разделения и очистки веществ”, опыты 1 – 4 [1]*

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconМетодические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика»
Методические указания предназначены для студентов-заочников специальностей: 2806, 2808, 1707, 2506. Дисциплина «вычислительная техника...

Физика пособие к выполнению лабораторных работ Часть ХI iconПерышкин А. В. Физика-7
Определен также перечень демонстраций, лабораторных работ и практических занятий. Реализация программы обеспечивается нормативными...



Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
top-bal.ru

Поиск