2014-02-04
1074Единицы измерения магнитного поля
Оновные понятия магнитного поля
Лекция №1.Определения магнитных величин. Эталоны.
Часть. Электромагнитные преобразователи информации
IV. Закріплення матеріалу.
Робота за картками.
Розподіліть слова за такими групами:
| Речовина | Фізичне тіло | Фізичне явище |
Слова: полярне сяйво, телефон, залізо, дощ, дівчинка, снігопад, золото,автомобіль, олівець, олія.
V. Підбиття підсумку уроку:
Гра «Мікрофон».
VI. Домашнє завдання: прочитати § 1, допрацювати над лабораторною роботою. Відповісти на питання після §1 с.13
Літературні джерела:
1.Вивчення фізики в 7 класі 12-річної школи. Методичний посібник. Київ. «Шкільний світ» 2007 р.
2.Л.А. Альохіна. Розгорнуте календарне планування 7 клас. Видавництво «Ранок». 2007 р.
3.Бібліотека журналу Фізика в школах України. Д.Д. Біда. Інтерактивні уроки фізики. Харків. Видавнича група «Основа» 2005 р.
4.Л.В. Кисільова. Цікава фізика в 5-6 класах. Харків. Видавнича група «Основа» 2006 р.
| n/n | Наименова-ние магнитной величины | Обоз-наче-ние | Размер-ность | Единицы измерения | Коэффициент перевода, едСГМС / едСИ | Определение величины | |
| СИ | СГСМ | ||||||
| Магнитный поток | Ф | Вб | Mкс см1/2* г1/2 Максвелл | 10-8 | S-площадь поверхности | ||
| Напряжен-ность магнитного поля | H | Эр см-1/2* г1/2*с-1 Эрстед | |||||
| Магнитная индукция | В | Тл | см-3/2* г1/2 Гс | 10-4 | |||
| Магнитный момент | Mm | см3/2* г1/2 | 10-3 | , r – радиус-вектор контура dl | |||
| Намагничен-ность | I | см-3/2* г1/2 | 103 | Mm/V, V – объем тела | |||
| Индуктив-ность | L | Гн | См | 10-9 | Ф/J, J-ток | ||
| Взаимная индуктив-ность | М12 | Гн | См | 10-9 | |||
| Магнитная постоянная | μ0 | - | 4π*10-7 | 4π*10-7 | |||
| Магнито-движущая сила | F | А | А | гб см1/2* г1/2*с-1 гильберт | qvBsinα, v – скорость заряда q, α – угол м/у v и B | ||
| Магнитное сопротивле-ние | Rm | см-1 | 1/L | ||||
| Электро-магнитная энергия | W | Дж | Эр | 10-7 | ФJ/2 |
Все средства измерений делятся на рабочие, образцовые и эталонные.
Существует три первичных эталона:
· магнитная индукция (напряженность магнитного поля),
· магнитный поток,
· магнитный момент.
Первичным эталоном единицы магнитного потока является катушка взаимной индуктивности по Кемпбеллу. На кварцевый пустотелый цилиндрический каркас навита однослойная первичная обмотка, состоящая из двух половин, симметрично расположенных относительно центрального сечения (Рис. 1.1). Постоянная эталона при токе в первичной обмотке, равном 1А, установлена расчетным путем – по измеренным геометрическим размерам катушки и числом витков обмоток с погрешностью 0,001%.
Рис.1.1
Мера магнитного потока представляет собой катушку с двумя электрически несвязанными обмотками подобно катушке взаимной индуктивности. При прохождении по первичной обмотке постоянного тока I появляется магнитный поток.
(1.1)
Каркас катушки делается из изолирующего материала – кварца, т.к. он имеет малый температурный коэффициент расширения.
Соленоид
Эталон единицы магнитной индукции представляет собой катушку Гельмгольца с однослойной обмоткой из голой медной проволоки, навитой на цилиндрический пустотелый кварцевый каркас (реже соленоид).
Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух или нескольких катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше их радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две сооснорасположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. В центре системы имеется зона однородного магнитного поля, что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.
В пространстве между катушками однородность поля может быть не хуже 0,5 %. Их широко применяют в лабораторной практике для создания небольших (примерно до 0,3 Тл) однородных полей (рис.1.2).
Рис. 1.2. Расположение двух витков с током и создаваемое ими магнитное поле:
пунктирные линии B(x) – поле каждого витка в отдельности; сплошная линия B(x) –
результирующее поле.
Катушки Гельмгольца могут быть круглой и квадратной формы.
· Катушки Гельмгольца круглой формы (Рис.1.3)
Индукция магнитного поля в центре катушек Гельмгольца может быть вычислена по формуле
(1.2)
где N – общее число витков обеих катушек, I – сила тока, текущего в катушках, R –средний радиус катушек.
Рис.1.3 Классические катушки Гельмгольца круглой формы: а) чертеж б) внешний вид
· Рис. 1.4. Трехкоординатная сисема квадратныых катушек Гельмгольца:
Рис.1.5 Трехкоординатная система «неправильных» катушек Гельмгольца квадратной формы: а) чертеж катушек, б) электрическая схем подклбчения катушек, б) стенд для проведения магнитобиологическихытов в комбинированных полях.
Расчетные формулы для определение напряженности магнитного поля и погрешностей различных форм катушек Гельмгольца.
1. Цилиндрические катушки
2. Квадратные катушки
3. «Неправильные» катушки
Значение напряженности магнитного поля в центре квадратных катушек Гельмгольца в А/м вычисляют по формуле:
(1.3)
где:
Δ = 2d - 0,5445 x 2 a - параметр неточности изготовления катушки;
J - ток в катушках, А;
2a - сторона квадрата, м;
2d - расстояние между секциями, м;
W - число витков в одной секции.
Магнитное поле, создаваемое системой катушек Гельмгольца, позволяет получить постоянное и переменное магнитное поле с достаточно высокой степенью однородности.
Для приведения магн7итобиологических опытов создана линия состоящая из четырех кубов. На практике система катушек представляет собой четыре пары взаимно параллельных катушек (по одной паре по осям х, у и две пары по оси z). Каркасы катушек изготовлены из немагнитного материала - алюминия Д6 ГОСТ 4784 - 65, толщиной листа- 1,5 мм. Каркасы изготовлены из отдельных балок шириной 100 мм и высотой 15 мм. Балки соединены методом аргонной сварки. Спаянный каркас представляет собой квадратную катушку размером 390 × 390 × 390 мм. Внутренние углы каркаса равны 90°.
В качестве обмотки на каркас используется провод диаметром 0,355 мм, марка провода — ПЭТ-155 ТУ 16-К.71.160-92. Выбор диаметра обмотки обусловлен предварительным моделированием параметров катушки Гельмгольца, a также, созданием магнитного поля, компенсирующего магнитное поле Земли. Способ намотки однослойный, количество намотанных витков, размещенных на всю ширину рамки, n = 100. Внутренняя поверхность каркаса покрыта лаком ПФ - 238 (ГОСТ 9825 - 61) по третьему классу.
Система катушек в сборе представляет из себя куб объёмом 0,06 м3. Данный объём необходим для получения однородного магнитного поля и проведения исследований.
