Магнитное поле на оси короткой катушки с током

Кафедра общей и технической физики

Отчёт по лабораторной работе № 3

По дисциплине: Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «Изучение магнитного поля

(закон Био–Савара–Лапласа)»

Выполнил: студент гр. ПГ-10-2 ______________ / Захаров С.В. /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: ______ ____________ ____________

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

Цель работы: Измерение магнитных полей, создаваемых проводниками различных конфигураций. Экспериментальная проверка закона Био–Савара–Лапласа.

Явление, изучаемое в работе: Создание магнитных полей при помощи проводников различных конфигураций с током.

Теоретические данные:

Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Индуктивность - коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур. [B]=Тл

По закону Био - Савара величина вектора магнитной индукции, создаваемой некоторым элементарным током в каждой точке пространства пропорциональна этому току. Суммируя поля, создаваемые каждым элементарным участком, приходим к тому, что и магнитное поле (вектор магнитной индукции), создаваемое всем проводником также пропорционально порождающему току.

Магнитный поток можно представить (если условиться изображать его графически) общим числом маг­нитных линий, проходящих через всю рассматриваемую поверх­ность. В частности, под магнитным потоком Ф, проходящим через площадь S, перпендикулярную магнитным линиям, понимают про­изведение величины магнитной индукции В на величину площади, которая пронизывается этим магнитным потоком. [Ф]=Вб

Потокосцепление - полный магнитный поток, пронизывающий электрический контур. Напр., потокосцепление многовитковой катушки индуктивности равно сумме потоков через все ее витки

Закон Био-Савара-Лапласа - направление вектора магнитной индукции перпендикулярно направлению течения тока и кратчайшему расстоянию до проводника, то есть перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Проводник, по которому протекает электрический ток, создает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется вектором напряженности `H, который можно вычислить по формуле`H = òd`H.

Cогласно закону Био-Савара-Лапласа, , где I – сила тока в проводнике, d`l – вектор, имеющий длину элементарного отрезка проводника и направленный по направлению тока, `r – радиус вектор, соединяющий элемент с рассматриваемой точкой P.

Магнитное поле на оси короткой катушки с током

Одной из часто встречающихся конфигураций проводников с током является виток в виде кольца радиуса R. Поле в целом должно иметь вращательную симметрию относительно оси z, а сами силовые линии должны быть симметричны относительно плоскости петли (плоскости xy). Поле в непосредственной близости от проводника будет напоминать поле вблизи длинного прямого провода, так как здесь влияние удаленных частей петли относительно невелико. На оси кругового тока поле направлено вдоль оси Z.

Нас интересует короткая катушка – цилиндрическая проволочная катушка, состоящая из N витков одинакового радиуса. Магнитное поле такой катушки на оси H представляет собой алгебраическую сумму полей отдельных витков Hi: .