Визначення індукції магнітного поля за

ДОПОМОГОЮ БАЛІСТИЧНОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА

Мета роботи: Дослідити залежність магнітної індукції між полюсами електромагніту від величини сили струму через обмотку електромагніту при постійному зазорі між полюсами. Дослідити залежність магнітної індукції від величини зазору між полюсами електромагніту при постійному струмі через електромагніт.

Прилади й матеріали: 1) електромагніт, 2) балістичний гальванометр, 3) вимірювальна котушка, 4) реостат, 5) випрямляч ВСШ-6 (джерело постійного струму), 6) міліамперметр на 150 мА, 7) вимикач, 8) з'єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості

Розглянемо коло, яке складається з балістичного гальванометра 1 (рис. 1) і вимірювальної котушки 2, яка поміщена в магнітне поле електромагніту 3. В коло живлення електромагніту увімкнені потенціометр , амперметр і вимикач К.

Коли замкнути вимикач К і через обмотку електромагніту пропустити постійний струм, то через певний час в зазорі між полюсами електромагніту встановиться постійне магнітне поле з індукцією . Вимірювальна котушка 2 знаходиться в цьому постійному магнітному полі. Оскільки магнітне поле буде постійним (), то, згідно закону Фарадея, в котушці не виникатиме ЕРС індукції і струму в колі гальванометра не буде.

Якщо ж розімкнути вимикач К в колі живлення електромагніту, то струм в електромагніті спадатиме за час від деякого значення і до нуля. Одночасово і магнітна індукція в зазорі між полюсами теж буде (за цей самий час ) зменшуватися від до нуля. Гальванометр в цей час покаже наявність струму, – це пов'язано з тим, що всяка зміна магнітного потоку через вимірювальну котушку 2, у відповідності з законом Фарадея, викличе в ній виникнення ЕРС індукції, яка рівна

, (1)

де – потік магнітної індукції через всі витків вимірювальної котушки.

Позначивши через площу витка котушки, одержимо для потоку магнітної індукції через площину перпедикулярну до вектора індукції магнітного поля:

(2)

Підставивши (2) у рівність (1), маємо:

(3)

У свою чергу вимірювальну котушку можна розглядати як таку, що складається з чисто омічного та індуктивного опорів. За законом Ома ЕРС індукції буде дорівнювати сумі спадів напруг на омічному та індуктивному опорах кола. Спад напруги на індуктивному опорі чисельно рівний ЕРС самоіндукції:

, (4)

а на омічному:

. (5)

 

Таким чином закон Ома для повного кола матиме вигляд:

, (6)

де l – індуктивність, – омічний опір витків котушки, – опір гальванометра.

Проінтегруємо рівняння (6) за часом від моменту вимкнення ектромагніту до повного зникнення струму :

. (7)

За час величина індукції магнітного поля змінюється від до 0, а сила струму в колі гальванометра спочатку зросте від 0 до , а потім спаде від до 0. Вираз визначає заряд, що протікає через гальванометр за час . Тому вираз (7) можна переписати у вигляді:

, (8)

звідки

. (9)

При відомих параметрах вимірювальної котушки (, , ) і відомому опорі гальванометра (), завдання вимірювання магнітної індукції полягає в знаходженні заряду . Знаючи балістичну постійну гальванометра заряд можна визначити, вимірявши кількість поділок відхилення "зайчика" гальванометра при короткочасному проходженні струму в колі гальванометра: .

Установку, яка використовується в лабораторній роботі, зібрано згідно схеми, зображеної на рис.1. Електромагніт складається з двох котушок А і В від універсального трансформатора з осердями. Котушки з'єднуються між собою так, щоб струм у них був направлений взаємнопротилежно. В цьому випадку осердя будуть різними полюсами електромагніту. В зазорі між полюсами електромагніту магнітне поле досліджується за допомогою вимірювальної котушки 2, яка з'єднана з балістичним гальванометром 1.

Балістичний гальванометр застосовується для вимірювання заряду, що протікає в колі гальванометра за час .

 

Хід роботи

1. Скласти електричне коло за схемою, вказаною на рис.1. Виявити наявність світлового "зайчика" на шкалі гальванометра.

2. Встановити "зайчик" гальванометра на нульову поділку шкали.

3. Встановити зазор між полюсами електромагніту l =2 см.

4. Замкнути вимикач К і за допомогою реостату встановити силу струму, що протікає через електромагніт І =120 мА.

5. Різко вимкнути струм через електромагніт вимикачем К_. Визначити відхилення "зайчика" за шкалою гальванометра (записати число поділок ).

6. Змінюючи силу струму в колі електромагніту від 120 мА до 60 мА черз кожні 10 мА, визначати відхилення "зайчика" для кожного значення струму.

5. Для кожного значення струму відхилення зайчика визначають 6-7 разів. Результати вимірювань занести до таблиці:

6. Побудувати графічну залежність при постійному зазорі між полюсами електромагніту. Врахувати, що .

7. Встановивши постійний струм через котушки електромагніту (І =120 мА), визначити залежність індукції магнітного поля в зазорі між полюсами електромагніту від величини цього зазору. Починаючи з відстані 20 мм, збільшують зазор на кожні 5 мм до 50 мм і визначають відхилення "зайчика" за методикою, викладеною в п.5.

8. Для кожного значення зазору між полюсами електромагніту вимірювання відхилення "зайчика" провести 6-7 разів. Результати занести до таблиці.

l =2 см=const	I =120 мА=const
№	І, А	, под	, Тл	, мм	, под	, Тл

 

9. Побудувати графічну залежність при .

Контрольні запитання

1. Що називають індукцією магнітного поля, в яких одиницях її вимірюють?

2. Яка фізична величина визначає роботу електричних сил над одиничним точковим зарядом, який внесений у поле замкненим контуром?

3. Чому дорівнює робота магнітної складової сили Лоренца з переміщення електричного заряду?

4. Яка зі складових магнітної сили виконує роботу з переміщення електричного заряду у провіднику поміщеного перпендикулярно до зовнішнього магнітного поля?

5. Яка фізична суть явища електромагнітної індукції?

6. Назвіть основні причини, що можуть обумовлювати явище електромагнітної індукції?

7. Що називають магнітним потоком, в яких одиницях його вимірюють?

8. Сформулюйте закон електромагнітної індукції Фарадея.

9. Сформулюйте правило Ленца для закону електромагнітної індукції Фарадея.

10. Яка фізична суть явища самоіндукції?

11. Що називають індуктивністю контуру, в яких одиницях її вимірюють в СІ?

12. Як розрахувати потік магнітного поля для явища самоіндукції?

13. Записати закон електромагнітної індукції Фарадея для явища самоіндукції.

14. Якою є будова і принцип дії балістичного гальванометра, чим принципово він відрізняється від звичайного гальванометра?

15. У чому полягає суть розглядуваного методу з визначення індукції магнітного поля?

 

Лабораторна робота №9