Лабораторная работа изучение магнитного поля кругового тока

Изучение магнитного поля кругового тока

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Марта 2014 в 06:09, лабораторная работа

Описание работы

Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси круговой катушки с током и экспериментальная проверка закона Био-Савара-Лапласа.

Файлы: 1 файл

магнетизм.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники ТУСУР

Лабораторная работа по курсу общей физики

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА

Преподаватель Студенты гр. 033

доцент каф. физики _______И.Васильев _________ А.В.Казаков _______О. Бат-Олзий

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

Для изучения магнитного поля в данной работе использовано явление электромагнитной индукции. Суть явления в том, что если катушку, состоящую из некоторого числа витков, пронизывает изменяющийся во времени магнитный поток, то в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, прямо пропорциональная скорости изменения этого потока и числу витков.

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.1.

1 — катушка с током, создающая магнитное поле;

2 — измерительная катушка;

Рисунок 1.1 — Схематическое изображение экспериментальной установки

Методика эксперимента заключается в следующем. Вблизи катушки 1, создающей магнитное поле, определяется положение измерительной катушки 2, при котором сигнал на экране осциллографа максимален. Затем, перемещая измерительную катушку вдоль оси Z, являющейся осью симметрии обоих катушек, снимается зависимость ЭДС электромагнитной индукции от расстояния.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

В данной работе экспериментально исследуется зависимость индукции магнитного поля на оси кругового витка с током:

Выражение для расчета амплитудного значения магнитной индукции в любой точке на оси z катушки:

где Em — амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;

S — площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S= 310-4 м2);

=2 , где — частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( =50 Гц); N -число витков измерительной катушки (определяется номером макета экспериментальной установки). В нашем случае N=3000.

Относительная погрешность косвенных измерений магнитной индукции Вm:

где (Em ) — относительная погрешность определения ЭДС;

(S) — относительная погрешность определения площади;

( ) — относительная погрешность определения частоты;

(N) — относительная погрешность определения числа витков.

Абсолютная погрешность косвенных измерений магнитной индукции В:

Для построения доверительных интервалов на графике линейной зависимости E f (z2) необходимо рассчитать абсолютные погрешности величин Em и z2.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Результаты прямых и косвенных измерений приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Результаты прямых и косвенных измерений

Источник

Отчет по ЛР №4 — 16.05 20ч 48м (1). Лабораторная работа по курсу «Общая физика» изучение магнитного поля кругового тока

Скачать 95.5 Kb.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Лабораторная работа по курсу «Общая физика»

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА
Преподаватель Студент группы
___________ / / __________ / /
___________2003 г. 17 мая 2003 г.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси витка с током и экспериментальная проверка закона Био‑Савара‑Лапласа.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Э
кспериментальная установка, схематично представленная на рис.2.1., состоит из катушки 1 с током, создающей магнитное поле, измерительной катушки 2 и осциллографа 3. Катушка 1 питается через понижающий трансформатор переменным током. Все устройство смонтировано на лабораторном макете. Измерительная катушка 2 расположена под лицевой панелью макета и может перемещаться вдоль оси катушки 1 с помощью движка.
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Выражение для расчета амплитудного значения магнитной индукции в любой точке на оси z катушки:

B_m= E_m / N₁ S , (3.1)

где E_m— амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;

S — площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S = 310 -4 м 2 );

 = 2 , где  — частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( = 50 Гц);

N₁ — число витков измерительной катушки.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице.

Источник

4 Лабораторная работа / 4-Лабораторная работа (Физика) (Изучение магнитного поля кругового тока. Лабораторная работа 4 физика-2)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Лабораторная работа по курсу «Общая физика»

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОГО ТОКА

Преподаватель Студент группы

___________ / Васильев Н.Ф. / __________ / /

___________2007 г. 7 июня 2007 г.

Целью данной работы является изучение магнитного поля на оси витка с током и экспериментальная проверка закона Био‑Савара‑Лапласа.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Э кспериментальная установка, схематично представленная на рис.2.1., состоит из катушки 1 с током, создающей магнитное поле, измерительной катушки 2 и осциллографа 3. Катушка 1 питается через понижающий трансформатор переменным током. Все устройство смонтировано на лабораторном макете. Измерительная катушка 2 расположена под лицевой панелью макета и может перемещаться вдоль оси катушки 1 с помощью движка.

3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Выражение для расчета амплитудного значения магнитной индукции в любой точке на оси z катушки:

B_m= E_m / N₁ S , (3.1)

где E_m — амплитудное значение ЭДС катушки, измеренное с помощью осциллографа;

S — площадь поперечного сечения измерительной катушки (в данной работе S = 310 -4 м 2 );

 = 2 , где  — частота переменного напряжения, питающего круговой виток ( = 50 Гц);

N₁ — число витков измерительной катушки.

Выражение для расчёта относительной погрешности косвенного измерения амплитудного значения магнитной индукции:

_(3.2)

_{Выражение для расчёта относительной погрешности косвенного измерения частоты:}

₍_3.3)

где = 0,005/3,14 = 0,0016 – относительная погрешность измерения числа .

Выражение для расчёта абсолютной погрешности измерения величины амплитудного значения э.д.с. E_m:

(3.4)

Выражение для расчёта относительной погрешность косвенного измерения величины :

(3.5)

Выражение для расчёта абсолютной погрешности косвенного измерения величины :

(3.6)

Выражение для расчёта абсолютной погрешности косвенного измерения квадрата расстояния :

_(3.7)

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице.

Результаты прямых и косвенных измерений

z 2 , см 2

Относительные погрешности измеряемых величин:

( E_m) = 10%

( ) = 1%

Найдем значение магнитной индукции по формуле (3.1) при значениях переменных:

в данной работе на макете N₁=3020.

B_m = 0.85/3020·3·10 -4 ·2·3.14·50 = 0.85/284.4840 = 0.003 .

Найдем погрешность косвенного измерения магнитной индукции, но для этого нам надо найти погрешность косвенного измерения частоты:

=1%

=14%

Построим график зависимости , но для этого нам надо рассчитать погрешности измерения для и .

Расчет погрешностей по формуле (3.4):

1. 0.85∙0,1=0.085 В,

2. 0.75∙0.1=0.075 В,

3. 0.5∙0.1=0.05 В,

4. 0.3∙0.1=0.03 В,

5. 0.18∙0.1=0.018 В,

6. 0.115∙0.1=0.0115 В,

7. 0.075∙0.1=0.0075 В,

8. 0.052∙0.1=0.0052 В,

9. 0.036∙0.1=0.0036 В,

10. 0.028∙0.1=0.0028 В,

11. 0.02∙0.1=0.002 В.

Абсолютная погрешность измерения равна половине наименьшего деления:.

Запишем в таблице № 2 точки графика с погрешностями:

, В

, м

Построим график зависимости . Как видно из точек, доверительный интервал для z настолько мал, что они сливаются в точку на графике.

Рассчитаем (E_m) -2/3 для всех E_m и занесем полученные данные в таблицу №1.

Рассчитаем абсолютную погрешность измерения (E_m) -2/3 , для этого сначала надо найти косвенную погрешность (E_m) -2/3 по формуле 3.5, затем полученные данные подставим в формулу 3.6.

Косвенная погрешность (E_m) -2/3 равна (по формуле 3.5): .

Расчет абсолютной погрешности (E_m) -2/3 по формуле 3.6:

1. 0.067·1.114 ≈ 0.075 В -2/3 ,

2. 0.067·1.211 ≈ 0.081 В -2/3 ,

3. 0.067·1.587 ≈ 0.106 В -2/3 ,

4. 0.067·2.231 ≈ 0.150 В -2/3 ,

5. 0.067·3.137 ≈ 0.210 В -2/3 ,

6. 0.067·4.229 ≈ 0,283 В -2/3 ,

7. 0.067·5.623 ≈ 0,377 В -2/3 ,

8. 0.067·7.178 ≈ 0,481 В -2/3 ,

9. 0.067·9.172 ≈ 0,615 В -2/3 ,

10. 0.067·10.845 ≈ 0,727 В -2/3 .

11. 0.067·13.54 ≈ 0.907 В -2/3 .

Расчет абсолютной погрешности измерения z 2 для каждого z (найдем по формуле 3.7):

1. 2∙0.0005∙0=0 м 2 ,

2. 2∙0.0005∙0.0001 = 0.01∙10 -5 м 2 ,

3. 2∙0.0005∙0.0004 = 0.04∙10 -5 м 2 ,

4. 2∙0.0005∙0.0009 = 0.09∙10 -5 м 2 ,

5. 2∙0.0005∙0.0016 = 0.16∙10 -5 м 2 ,

6. 2∙0.0005∙0.0025 = 0.25∙10 -5 м 2 ,

7. 2∙0.0005∙0.0036 = 0.36∙10 -5 м 2 ,

8. 2∙0.0005∙0.0049 = 0.49∙10 -5 м 2 ,

9. 2∙0.0005∙0.0064 = 0.64∙10 -5 м 2 ,

10. 2∙0.0005∙0.0081 = 0.81∙10 -5 м 2 .

11. 2·0.0005·0.01 = 1·10 -5 м 2 .

Данные по точкам и абсолютным погрешностям (E_m) -2/3 и z 2 занесем в таблицу №3:

z 2 , м 2

Построим график зависимости.Как видно из таблицы доверительные интервалы z 2 настолько малы, что они сливались в точку на графике.

В результате проведённого эксперимента, мы с помощью экспериментальной установки убедились в справедливости закона Био – Савара – Лапласа, так как смогли, в пределах погрешности измерений, построить линеаризованный график зависимости и определили значение индукции магнитного поля, которое получилось равным 0,003 Тл.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Что такое магнитное поле?

Это один из видов проявлений электромагнитного поля. Действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током и на частицы и тела, обладающие магнитными моментами.

6.2. Какое из проявлений магнитного поля используется в данной работе при измерении магнитной индукции?

Электромагнитная индукция. Переменный магнитный поток, создаваемый витком, питаемым переменным током, индуцирует в измерительной катушке э.д.с. индукции, которая измеряется осциллографом.

6.3. Почему размеры измерительной катушки (её поперечное сечение) должны быть значительно меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле?

Размеры измерительной катушки должны быть меньше размеров витка с током, создающего магнитное поле для увеличения магнитного потока, проходящего через измерительную катушку.

6.4. Как измерить амплитуду электрического сигнала с помощью осциллографа?

Включить осциллограф кнопкой «сеть», подключить осциллограф к измеряемой цепи, переключателем «вольт/дел» выбрать такое положение, при котором сигнал занимает максимальную площадь на экране, но не выходит за пределы. Записать количество делений и умножить на значение «вольт/дел».

6.5. По какому закону изменяется индукция магнитного поля на оси кругового тока? Записать этот закон.

Величина магнитной индукции на оси кругового тока определяется следующим законом:

где Гн/м – магнитная постоянная;

I –ток, протекающий по витку;

R – радиус витка с током;

z – расстояние от центра витка по его оси.

6.6. Как проверить соответствие экспериментально измеренной зависимости E_m(z) теоретической, т.е. закону Био – Савара – Лапласа?

Используя экспериментальные данные, построить график зависимости. Если точки с доверительными интервалами в этой зависимости укладываются на прямую, то экспериментальная зависимость соответствует теоретической, т.е. закону Био–Савара–Лапласа.

6.7. Какими способами можно построить прямую по экспериментальным точкам?

Методом наименьших квадратов или графически.

Источник

Лабораторная работа изучение магнитного поля кругового тока

В данной теме Вы сможете найти готовые лабораторные работы по теме «Электричество и Магнетизм».

Электростатика
Работа №1. Исследование электростатического поля методом моделирования в проводящей среде. (→ Скачать )
Работа №12. Исследование прямого пьезоэлектрического эффекта. (→ Скачать )
Работа №13. Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков. (→ Скачать )
Работа №16. Исследование электростатического поля двухпроводной линии методом моделирования. (→ Скачать )
Работа №17a. Исследование интегральных характеристик электростатического поля методом моделирования
(циркуляция напряженности). (→ Скачать )
Работа №17b. Исследование интегральных характеристик электростатического поля методом моделирования
(поток электрической индукции). (→ Скачать )
Работа №18. Исследование электростатического поля заряженных проводников методом моделирования(электроемкость, энергия электрического поля). ( файл отсутствует )

Постоянный ток
Работа №3. Измерение сопротивлений токопроводящих моделей при помощи моста уитстона. (→ Скачать )
Работа №4. Исследование разветвлённых цепей с применением компенсационного метода измерений. (→ Скачать )
Работа №5. Передача мощности в цепи постоянного тока. (→ Скачать )
Работа №6. Градуирование электролитического интегратора и измерение ёмкости конденсатора. (→ Скачать )

Магнетизм
Работа №8. Исследование эффекта Холла в полупроводнике. (→ Скачать )
Работа №9. Измерение магнитного поля земли. (→ Cкачать )
Работа №10. Моделирование магнитного поля токов. (→ Скачать )
Работа №11. Исследование гистерезиса ферромагнетиков. (→ Скачать )
Работа №15. Исследование намагничивания ферромагнетика баллистическим методом. (→ Скачать )
Работа №19. Исследование магнитного поля кругового тока(закон Био – Савара – Лапласа). (→ Скачать )
Работа №20. Исследование основных свойств магнитного поля(закон полного тока). (→ Скачать )
Работа №21. Исследование динамических характеристик гнитного поля. (→ Скачать )
Работа №22. Определение удельного заряда электрона. (→ Скачать )
Работа №31. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. ( файл отсутствует )

Источник