Лабораторная работа № 2.3. Магнитное поле цилиндрической катушки

Лабораторная работа № 2.3

Магнитное поле цилиндрической катушки

1. Получите разрешение преподавателя на выполнение лабораторной работы. Подключите катушку диаметром 100 мм к выходу (0…20) А на задней панели источника постоянного тока. Пока не включайте источник питания!

2. Установите датчик Холла точно в центре катушки.

3. Подключите датчик Холла к соответствующему разъему 1 блока тесламетра (рис. 1).

Рис. 1. Передняя панель блока тесламетра (1 - разъем для подключения датчика магнитного поля, 2 - цифровой дисплей, 3 - селектор диапазона измерений 20 мТл, 4 - селектор диапазона измерений 200 мТл, 5 - переключатель режимов измерения (осевой B_х и тангенциальный B_z), 6 - ручка регулировки нуля для B_х со светодиодным индикатором, 7 - ручка регулировки нуля для B_z со светодиодным индикатором, 8 - выходной разъем для осевого режима B_х, 9 – заземление, 10 - выходной разъем для тангенциального режима B_z, 11 - выключатель питания)

4. Включите тесламетр, нажав клавишу 11, при помощи селектора 3 выберите диапазон измерения 20 мТл и поверните переключатель режима измерения 5 в осевое положение (B_х).

5. Установите «ноль», поворачивая ручку 6 до тех пор, пока на дисплее не появится «0» или наименьшее достижимое значение.

6. Включите источник питания постоянного тока. Увеличивайте силу тока I от 0 до 20 А с шагом 1 А. Для каждого шага считывайте значение B, записывая его в таблицу 1 вместе с величиной I.

Таблица 1. Зависимость магнитной индукции от силы тока через катушку диаметром 100 мм

I, А	B, мТл



…

Замечание по технике безопасности: допускается только кратковременное протекание тока силой (10…20) A!

7. Повторите пп. 5 и 6 для катушки диаметром 120 мм и докажите, что магнитная индукция B пропорциональна силе тока I через катушку независимо от ее диаметра.

8. Замените катушку диаметром 100 мм на катушку с переменным числом витков на единицу длины.

9. Установите длину катушки L = 7, 12, 17, 22, 27 и 32 см, при этом она должна быть симметричной относительно ее центра. Повторите измерения п. 6 и запишите все значения в таблицу 2.

Таблица 2. Зависимость магнитной индукции (мТл) от силы тока через катушки различной длины L

I, A

L, см

…

10. По данным таблицы 1 постройте график зависимости B(I). Проанализируйте его и убедитесь в том, что магнитная индукция B пропорциональна силе тока I через катушку, что соответствует уравнению (2).

11. По данным таблицы 2 постройте семейство графиков B(I) для различных длин катушки L. Проанализируйте его и убедитесь в том, что магнитная индукция B пропорциональна силе тока I через катушку при любой ее длине L, что соответствует уравнению (2). Вследствие обратной пропорциональности плотности B и L угол наклона линий уменьшается с увеличением L.

12. Зная количество витков N/L и запишите его в таблицу 3. Возьмите из таблицы 2 значения B, соответствующие N=30 в катушке переменной длины, рассчитайте плотность намотки витков силе тока I=20 A для каждого из значений L, и запишите их в соответствующие ячейки таблицы 3.

Таблица 3. Зависимость магнитной индукции от плотности намотки витков при силе тока 20 А

L, см N/L, 1/см B, мТл

13. По данным таблицы 3 постройте график зависимости B (N/L). Проанализируйте его и убедитесь в том, что B пропорциональна N/L, только если длина катушки более чем в три раза превышает ее радиус (диаметр катушки с переменным числом витков на единицу длины составляет D=100 мм).

14. Сделайте выводы по работе.