Измерение импульсного магнитного поля

1 2 3 4 5 6 7

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики горных пород и процессов

Методические указания

для выполнения лабораторных работ по курсу

«Электромагнитные процессы»

Методические указания предназначены

для студентов специальности ГФ

Разработали:

Гридин О.М., проф. д.т.н.

Наумов К.И., проф., к.т.н.

Шведов И.М., доц., к.т.н.

Лесков С.Ф., к.т.н.

Ананьев П.П., к.т.н.

Ермаков С. В.

Москва, МГГУ, 2011

Оглавление

	Измерение импульсного магнитного поля
	Измерение магнитно-диэлектрических свойств рудного материала
	Определение положения магнитного тела в грунте
	Кинетика процесса электролиза воды
	Электропотенциал углей
	Измерение магнитной восприимчивости на магнитных весах
	Протонный магнитометр
	Эффект Степанова
	Термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) минералов
	Эффект Томсона
	Магнитокинетический эффект
	Литература

Работа №1

Измерение импульсного магнитного поля

Цель работы.

Объектом исследования является изучение характеристик импульсного магнитного поля катушки. Цель работы - отработка различных режимов работы электромагнитной установки и определение зависимости напряженности и длительности импульсного магнитного поля от напряжения на конденсаторе.

Общие сведения

Магнитное поле - это форма материи, окружающей движущиеся электрические заряды. Магнитное поле является составной частью электромагнитного поля. Силовой характеристикой магнитного поля является индукциямагнитного поля В. Магнитная индукция измеряется в теслах(Тл). Тесла - это индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с максимальным касательным вращательным моментом 1Н^.м на контур с током, магнитный момент которого равен 1 А^.м². Наряду с вектором магнитной индукции В вводится еще одна силовая характеристика магнитного поля - напряженностьмагнитного поля Н. Векторы В и Н коллинеарны исвязаны соотношением

В = μμ₀ Н

Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м); μ₀-магнитная постоянная, равная μ₀= 4π ^.10^-7 Гн/м; μ - относительная магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде больше или меньше, чем в вакууме ( μ=1 для воздуха).

Магнитным потокомФчерез некоторую поверхность Sназывается скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности. Магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром с током равен:

Ф=ВS

Если контур с током представляет собой катушку (соленоид) диаметром d, то при изменении магнитного потока через катушку на ее концах появится напряжение U:

U = (dФ/dt)^.N_B = (dB/dt)^.S^.N_B = (dB/dt)^.(πd²/4)^.N_B,

где Ф - магнитный поток, изменяющийся со временем; N_B - количество витков катушки.

При гармоническом изменении потока выразим эту формулу через магнитную индукцию:

U =μμ₀Н₀ωcos(ωt) N_B πd²/4 = U₀ ωcos(ωt),

Н = 4μ₀/ μ₀ ωcos(ωt) πd² N_B = Н₀ ωcos(ωt),

где Uи Н₀ – амплитуды магнитной индукции и напряженности магнитного поля.

Т.к. ω = 2π/Т, то основная расчетная формула для определения амплитуды поля:

U₀= (2πN_В μμ₀Н₀ / Т) ^. πd²/4,

Н₀= 4 U₀T/ μ₀^.2π^. πd² N_B,

где U₀- напряжение, показываемое датчиком на осциллограмме, N_В - число витков датчика, μ₀- магнитная постоянная, Н₀ – амплитуда напряженности импульсного магнитного поля, Т – период. Подставляя данные для конкретных условий и оборудования получим:

Н₀=1,8^.10⁹ U₀ Т

Методика выполнения работы

1. Собрать прибор по указанной схеме, для этого использовать две катушки с разным числом витков (d =70 мм h=85 мм): для 1 и 2 опыта синюю катушку, для 3,4 - черную катушку и датчик (d_д=3 мм, N_д=10) для отображения осциллограммы.

2. Нажать кнопку «Пуск».

3. Для зарядки конденсатора до U_с(для 1,3 опыта 200 В, для 2,4 – 400 В) нажать на кнопку КН1 «Зарядка».

4. Разрядить конденсатор, нажимая КН2 «Разрядка»

5. Используя полученную осциллограмму найти период импульса (Т) и напряжение датчика (U_д).

6. Вычислить напряженность поля по основной расчетной формуле и занести полученные данные в табл. 1.

7. Построить график зависимости напряженности поля от напряжения на конденсаторе, подобрать аппроксимирующую формулу и сопоставить ее с расчетной.

8. Зарисовать форму импульса магнитного поля с экрана осциллографа и изобразить его на бумаге в координатных осях Н (А/м) и t (время, мс).

9. Используя уравнения Максвелла рассчитать изменение напряженности вихревого электрического поля и построить график в координатных осях Е (В/м) и t.

Рис. 2. Установка для измерения импульсного магнитного поля.

Табл. 1. Результаты вычислений

№ опыта	Uc (В)	Т (с^.10^-4)	U₀ (В)	Н₀ (А/м^.10⁵)	Примечание (цвет катушки)
					синяя
					синяя
					черная
					черная