Цель работы: определение индукции магнитного поля Земли.
Оборудование: катушки Гельмгольца, источник тока, реостат, тесламетр цифровой, датчик Холла, цифровой мультиметр, инклинатор - прибор, служащий для измерения величины наклонения силы земного магнетизма.
Описание установки
Экспериментальная установка представлена на рис. 6.
Рис.6.
Катушки Гельмгольца (1) соединены последовательно и подключены к генератору постоянного тока (2) через реостат (3). Мультиметр (4) используется в качестве амперметра. Датчик Холла (5) подсоединен к тесламетру (6). (7)- инклинатор.
Задание 1. Определение индукции магнитного поля в катушках Гельмгольца и определение коэффициента пропорциональности системы.
1. Зафиксировать датчик Холла на штативном стержне так, чтобы цилиндрическая основа была направлена внутрь оси катушки в центре катушек Гельмгольца.
2. Отрегулировать нулевую точку тесламетра с помощью ручки а (рис.6).
3. Включить источник постоянного тока.
4. С помощью реостата изменять силу тока от нуля до 
(примерно 0,5 А) через 0,05 А, измеряя для каждого значения тока индукцию поля, создаваемого катушками Гельмгольца, 
. Результаты занести в табл.1.
Таблица 1
| |||||||||||
|
5. Построить график зависимости 
.
6. Определить по графику коэффициент пропорциональности 
, где 
– угол наклона графика 
.
7. Убрать датчик Холла из катушек Гельмгольца.
8. Отключить источник постоянного тока.
Примечание: Коэффициент 
можно получить, исходя из закона Био-Савара-Лапласа. Индукция магнитного поля внутри катушек равна
,
где 
– магнитная постоянная; 
– число витков в катушке; 
– сила тока в катушке, 
– радиус катушки Гельмгольца.
|
|
Для данной установки 
, 
, 
.
Задание 2. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
1. Расположить инклинатор между катушками так, чтобы центр круга совпадал с центром пары катушек. При этом повернуть его так, чтобы стрелка показывала 0о(без тока). Чтобы убедиться в верном положении стрелки (север-юг) несколько раз надо осторожно повернуть стрелку. Возникшую силу трения можно уменьшить, слегка постучав по прибору.
2. Включить источник постоянного тока.
3. Измерить зависимость угла отклонения 
(рис.7) магнитной стрелки от своего начального положения от малых токов катушки. Можно использовать токи задания 1. Ток менять с помощью реостата.
4. Отключить генератор постоянного тока.
|
|
|
|
| Рис. 7 |
5. Результаты занести в табл.2.
Таблица 2
| № пп | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| … | |||||||
| |||||||
| Среднее значение |
6. Индукцию магнитного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, находим для каждого значения силы тока c использованием калибровочного коэффициента по формуле
.
7. Из рис.6 видно, что горизонтальная составляющая магнитного поля равна
.
Найти 
для каждого значения силы тока.
8. Рассчитать среднее значение:
.
9. Рассчитать абсолютные погрешности измерений:
|
|
.
10. Вычислить среднюю абсолютную погрешность:
.
11. Вычислить относительную погрешность:
12. Записать окончательный результат в виде:
.
Задание 3. Определение вертикальной составляющей магнитного поля Земли.
1. При катушках без тока повернуть градуированный круг инклинатора в вертикальную плоскость.
2. Определить угол 
между направлением стрелки и горизонталью.
3. Найти вертикальную составляющую магнитного поля 
(рис.8):
Задание 4. Определение индукции магнитного поля Земли.
1. Рассчитать индукцию магнитного поля Земли по формуле
(рис.8).
2. Сравнить 
с естественным полем Земли
(
).
3. Рассчитать относительную погрешность измерений по формуле:
.
|
|
|
|
| Рис. 8 |
Контрольные вопросы
1. Что называется индукцией магнитного поля? В каких единицах она измеряется?
2. На какие объекты действует магнитное поле?
3. Что называется линией магнитной индукции? Как определяется направление магнитных силовых линий?
4. Как формулируется принцип суперпозиции магнитных полей?
5. Какое магнитное поле называется однородным? Изобразить его графически.
6. Что такое 1 Тл?
7. Сформулируйте закон Ампера.
8. Сформулируйте правило левой руки для определения силы Ампера.
9. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.
10. Написать формулу вращательного момента контура.
11. Дать определение магнитного момента контура. Как он направлен?
Лабораторная работа №39
ВРАЩЕНИЕ РАМКИ С ТОКОМ
В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Цель работы: измерение вращающего момента сил, действующего на рамку с током в однородном магнитном поле.
|
|
Оборудование: проводящий контур (круглая рамка с тремя витками), измерительная установка с катушками Гельмгольца, блок питания катушек, блок питания контура, цифровые мультиметры, соединительные провода.