Методика проведения эксперимента

В данной лабораторной работе экспериментальная магнитная индукция В^Э рассчитывается из измеренных значений магнитного потока Ф^Э по формуле

, (8.6)

где r_ср - средний радиус витка измерительной катушки (зонда), N - число ее витков. Сам же магнитный поток Ф^Э измеряется цифровым микровеберметром Ф5050.

Принцип измерения магнитного потока микровеберметром основан на измерении электронным цифровым вольтметром, встроенным в этот прибор, разности потенциалов Uc на эталонном конденсаторе С (рис. 8.4).

Рис.8.4.

Разность потенциалов U cпропорциональна изменению магнитного потока Ф, пронизывающего измерительную катушку. Докажем это.

В момент подключения кругового или прямого проводников к источнику питания появляется нарастающий магнитный поток, пронизывающий измерительную катушку с сопротивлением обмотки R. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея в ней возникает ЭДС индукции

. (8.7)

Если измерительная катушка подключена к конденсатору С, то он зарядится до разности потенциалов

. (8.8)

Ток заряда конденсатора определяется по закону Ома:

. (8.9)

Используя определение электрического тока , можно рассчитать заряд Q на пластинах конденсатора:

. (8.10)

Подставляя (8.10) в (8.8), получим

. (8.11)

Таким образом, мы видим, что разность потенциалов на эталонном конденсаторе С пропорциональна изменению магнитного потока Ф, пронизывающего измерительную катушку.

Подчеркнем, что цифровой вольтметр проградуирован не в вольтах, а в единицах измерения магнитного потока - веберах (Wb) - и его долях - mWb и mWb.

Порядок выполнения работы

Собрать установку согласно схеме на рис. 8.5.

Рис.8.5.

2. На передней панели микровеберметра Ф5050 нажать кнопку “КАЛИБРОВКА” и кнопку пределов измерений “100 mWb”. Затем только включить прибор Ф5050 и дать ему прогреться 2 - 3 минуты.

3. После прогрева прибора нажать и отпустить кнопку “ПУСК”. На цифровом табло Ф5050 должно появиться число "100" или близкое к нему. В противном случае нужно обратиться к лаборанту или преподавателю для настройки прибора с помощью регулятора "КАЛИБРОВКА".

4. После проверки прибора отжать кнопку "КАЛИБРОВКА". Включить блок питания ВСП-50. Установить по вольтметру напряжение на катушке 20 вольт.

5. Отклонить на 3 - 5 секунд ручку переключателя "П" на стенде (рис. 8.5) влево и измерить по амперметру на блоке питания значение кругового тока I_кр. Затем отклонить "П" вправо и измерить ток Iпр прямого проводника. Их значения занести в табл. 8.1.

6. Для измерения установить плоскость измерительной катушки в плоскость кругового витка в точку Z = 0 (центр витка), нажать и отпустить кнопку "ПУСК", вслед за этим отклонить переключатель "П" влево и удерживать его до тех пор, пока не появится значение магнитного потока на приборе Ф5050. После этого отпустить "П". Измерения в каждой точке провести 3 раза и в таблицу занести среднее значение .

Если измеряемое значение магнитного потока больше 100 mWb, то на микровеберметре Ф5050 переключите пределы измерения со “100 mWb” на “1 mWb”.

Таблица 8.1

	Круговой ток I_КР=……, А	Прямой ток I_ПР=……., А
№	Z, м		b, м
	0,05 0,1 0,15		0,04 0,06 0,08 0,1
n₁ = …витков N = …витков R_k = …м	N₂ = …витков r_СР = …м L₁ = …м L₂ = …м

7. Далее, поднимая измерительную катушку вдоль оси Z, провести аналогичные измерения в точках Z = 5, 10, 15 см. Усредненные данные занести в табл.8.1.

8. Перед измерением магнитного потока прямого проводника узнать у преподавателя значения L1 и L2 (рис. 8.3), (их сумма должна равняться 24 см). По данным L1 и L2 найти положение перпендикуляра b (рис. 8.3) на координатной сетке стенда (рис. 8.5) справа от прямого провода. Выбрать на отрезке b четыре точки через каждые 2 см (ближайшая к проводу точка должна быть на расстоянии не менее 4 см).

Устанавливая в плоскость координатной сетки измерительную катушку, измерить значения магнитного потока также 3 раза в каждой точке и занести в табл. 8.1 усредненные значения.

В таблицу также занести значения n₁, n₂, N, R_k, r_ср, указанные на стенде.

Обработка результатов измерений

1. Используя формулу (8.6) рассчитать экспериментальные значения магнитной индукции кругового и прямого токов и занести их в таблицу. Туда же занести теоретические значения и , рассчитанные соответственно по формулам (8.3) и (8.4).

2. По данным табл.8.1 построить графики зависимостей и графики . Теоретические и экспериментальные кривые необходимо строить на одних и тех же осях. Для прямого и кругового токов следует выбирать один и тот же масштаб. Это поможет выявить сходство и различия между этими кривыми.