Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Устройство и градуировка баллистического гальванометра



 

С устройством и градуировкой баллистического гальванометра необходимо ознакомиться по «Руководству к лабораторным рабо­там» (раздел «Измерительные приборы»).

При измерении потоков вектора магнитной индукции с помощью баллистического гальванометра его постоянная должна быть выражена в Вб/дел.

Гальванометр в этом случае градуируется в замкнутой цепи по схеме, представленной на рис. 5.3. При изменении направления тока в первичной обмотке эталонной катушки взаимоиндукции магнитный поток вектора индукции, сцепленный со вторичной обмоткой, меняет свое направление на противоположное.

Изменение магнитного потока, сцепленного со вторичной обмот­кой

 

Δψ = –ψ – ψ = –2ψ.

 

Так как поток вектора индукции, сцепленный со вторичной об­моткой, связан с током в первичной обмотке катушки взаимоиндукции соотношением Δψ = 2MI, то

Δψ = –2ψ = –2MI,

 

где M – взаимная индуктивность.

Полное количество электричества, протекшее в цепи гальвано­метра, будет равно

(5.4)

где R – сопротивление гальванометра.

 

Рис. 5.3

Баллистический отброс α на шкале гальванометра пропорциона­лен количеству электричества, протекшего через катушку гальвано­метра

 

q = Сqα. (5.5)

 

Сопоставляя формулы (5.4) и (5.5) получаем

 

Cqα = – Δψ / R.

 

Введем обозначение Сm = СqR. Тогда

 

(5.6)

 

Эта формула дает возможность определить постоянную баллисти­ческого гальванометра Сm по изменению потокосцепления.

Учитывая, что Δψ = –2MI, получаем окончательную формулу для расчета постоянной баллистического гальванометра в данной работе

 

(5.7)

 

Постоянной баллистического гальванометра Сm называется вели­чина, численно равная изменению потокосцепления через вторичную обмотку градуировочной катушки, вызывающему отклонение «зайчика» гальванометра на одно деление шкалы.

В процессе градуировки и дальнейших измерений цепь гальвано­метра должна замыкаться только для определения отброса «зайчика» на шкале баллистического гальванометра.

 

Задача

 

Исследовать зависимость вектора индукции магнитного поля и магнитной проницаемости в железе от напряженности магнитного поля.

Для этого необходимо:

а) изучить устройство, принцип действия баллистического гальванометра и метод его градуировки в замкнутой цепи;



б) проградуировать баллистический гальванометр в единицах магнитного потока;

в) исследовать зависимость вектора индукции магнитного поля от тока в соленоиде;

г) построить графики зависимостей B = f(H) и µ = f(H);

д) рассчитать погрешность измерения B, H и µ для одного зна­чения тока в соленоиде.

Описание установки

 

Схема установки для исследования зависимости вектора индук­ции магнитного поля в железе от напряженности представлена на рис. 5.4.

Методика измерений

 

Собрать схему в соответствии с рис. 5.4.

 

А. Градуировка баллистического гальванометра

 

Переключателем Р2 замкнуть цепь источника тока на градуировочную катушку. При разомкнутом ключе гальванометра K2 включить питание схемы
и установить градуировочный ток, указанный на рабо­чем месте. Замкнув цепь гальванометра, быстро изменить направле­ние тока в градуировочной катушке на противоположное с помощью переключателя Р1, наблюдая отброс гальванометра по шкале. Полу­ченное значение отброса гальванометра α1 записать, и замерить при данном градуировочном токе еще четыре отбросα, каждый раз следя, чтобы «зайчик» гальванометра перед переключением тока находился в покое на нулевом делении шкалы. Из пяти значений отброса найти среднее значение, по формуле (5.7) найти постоянную баллистичес­кого гальванометра Cm. Величина постоянной Сm при любых градуировочных токах должна иметь одно и то же значение. Поэтому, если градуировка проводится при нескольких значениях градуировочного тока, то необходимо найти среднее значение постоянной, которое и используется
в дальнейшей работе.



 

Б. Измерение вектора индукции магнитного поля в железе

 

Для измерения вектора индукции магнитного поля в железном сердечнике с помощью переключателя Р2 замкнуть цепь источника то­ка на кольцевой соленоид при полностью введенных реостатах и ра­зомкнутой цепи гальванометра и источника тока. Включить минималь­ное значение тока в цепи и довести его до значения, указанного на рабочем месте. Производя измерения вектора индукции в железном сердечнике, нельзя произвольно менять ток
в обмотке соленоида, так как вследствие явления гистерезиса величина вектора индукции существенно зависит от предшествовавшего состояния ферромагнети­ка. Поэтому при переходе от одного значения тока к другому необходимо плавно увеличивать ток, не допуская обратной подгонки. При переключении

 

6 Зак. 18
Рис. 5.4

направления тока в кольцевом соленоиде для наблюде­ния отброса гальванометра следует придерживаться одного и того же направления, чтобы лучше выдержать однотипность исходных условий при измерениях. С той же целью следует перед каждым наблюдением отброса гальванометра при разомкнутой цепи гальванометра и уста­новленной силе тока переключатель Р1 перебросить из одного поло­жения в другое 5–6 раз, каждый раз оставляя его в одном и том же положении.

Наблюдение отброса «зайчика» гальванометра произвести для всех значений тока, указанных на рабочем месте, по три раза при каждом токе. По трем значениям отброса для каждого тока найти среднее значение отброса гальванометра.

Данные измерений по пунктам А и Б занести в таблицу.

 

В. Обработка результатов измерений

 

1. Расчет постоянной баллистического гальванометра

Для обоих значений тока вычислить постоянную баллистического гальванометра

Найти среднее значение Cm.

В последующих расчетах использовать среднее значение Сm.

2. Расчет напряженности и вектора магнитной индукции

При протекании тока по первичной обмотке кольцевого соленои­да с железным сердечником, имеющей число витков w1, внутри соле­ноида создается магнитное поле с напряженностью Н, численно рав­ной

 

(5.8)

где r – радиус кольцевого соленоида.

По формуле (5.8) рассчитывается напряженность магнитного по­ля для каждого тока в соленоиде.

При изменении направления тока в первичной обмотке соленоида на противоположное, магнитное поле внутри соленоида, оставаясь тем же самым по величине, изменится по направлению. Изменение потока вектора индукции, сцепленного со вторичной обмоткой, имеющей w2 витков, будет равно

 

Δψ = –ψ – ψ = –2ψ.

 

При этом во вторичной обмотке соленоида индуцируется кратковременный ток, который проходя по виткам катушки гальванометра, вызывает отклонение «зайчика» на α2 делений шкалы.

Зная постоянную баллистического гальванометра Сm, можем определить Δψ

 

–Δψ = Сmα2. (5.9)

Учитывая, что Δψ = –2ψ, а ψ = w2Ф, Ф = BS, где S – площадь поперечного сечения железного сердечника, получа­ем

 

Δψ = –2BSw2. (5.10)

 

С учетом формулы (5.10) выражение (5.9) примет вид

 

2BSw2 = Cmα2. (5.11)

 

Из формулы (5.11) определяется величина вектора индукции магнитного поля в железном сердечнике

(5.12)

 

Используя среднее значение отброса гальванометра для каждого значения тока в кольцевом соленоиде, рассчитать величину вектора индукции поля по формуле (5.12).

Значение магнитной проницаемости для железа рассчитать по формуле

 

µ = B / µ0H.

 

При этом необходимо брать численные значения векторов B и H, соответствующие одному и тому же току в соленоиде.

Полученные данные и результаты расчетов представить в виде табл. 5.1.

На основании полученных значений B, H и µ, построить соответствующие графики.

 

Г. Расчет погрешностей измерений

 

Погрешности измерения B, H и µ определить по методу единич­ного результата для одного из значений тока в соленоиде. Погреш­ность измерения α1 и α2 найти по среднему значению, а погрешность измерения тока определить по классу точности прибора.

 

Таблица 5.1

Градуировка
I1, А α1, дел. αср1, дел. Cm, Вб/дел.
         

 

Таблица 5.2

Измерение
I1, А α1, дел. αср1, дел. B, Тл H, А/м μ
             

Вопросы к зачету

1. Что такое магнитное поле?

2. Вектор индукции магнитного поля и его единица .

3. Напряженность магнитного поля и ее единица.

4. Что такое магнитная проницаемость?

5. Почему магнитное поле в среде отличается от магнитного поля в пустоте?

6. В чем заключается намагничивание среды?

7. Что такое вектор намагничивания и в каких единицах он из­меряется?

8. Как связан вектор намагничивания с напряженностью магнит­ного поля?

9. Что такое магнитная восприимчивость?

10. Какие вещества называются диамагнитными, парамагнитными и ферромагнитными?

11. Изобразить графически зависимости B, Bо, B', µ, χ, от H для диамагнетика, парамагнетика, ферромагнетика и объяснить их.

12. Устройство и принцип действия баллистического гальвано­метра.

13. Вывести формулу постоянной баллистического гальванометра при использовании катушек взаимоиндукции.

14. Вывести формулу для определения вектора индукции магнитн­ого поля через постоянную баллистического гальванометра.

15. Изобразить принципиальную схему установки и объяснить назначение ее элементов.

16. Объяснить расчет погрешности измерения B, H и µ.

 

 

Литература

 

1. Руководство к лабораторным работам по физике // Под редакцией В. К. Абрамяна, Л. Н. Крещук. Часть 1. Л.: СПВВИУС. 1998 г. 188 с.

2. Калашников С. Г. Электричество. 6-е изд. СТЕРЕОТ. – М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003. 624 с.

3. Кравцов Ю. А., Мансуров А. Н., Птицына Н. Г., Сперантов В. В., Стручков В. В. Лабораторный практикум по общей физике. М.: Просвещение. 1985 г. 351 с.

4. Сборник докладов VII конференции стран Содружества «Современный практический практикум». Журнал «Физическое образование в вузах». 2002 г.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение: Физические основы метрологии ...........................
1. Обработка результатов измерений ...............................
2. Электроизмерительные приборы для физического практикума ...........
3. Работа № 1 (И). Измерение токов и напряжений ....................
4. Работа № 1. Исследование распределения потенциала тока в тонком проводящем слое .............................................. 34
5. Работа № 2. Исследование сегнетоэлектрика .......................
6. Работа № 3. Исследование явления термоэлектронной эмиссии .........
7. Введение к лабораторным работам по магнетизму ....................
8. Работа № 4. Определение удельного заряда электрона ................
9. Работа № 5. Исследование зависимости B = f (H) для железа при помощи баллистического гальванометра ................................. 76
Литература..................................................

 

 

Для заметок

 

 

Технический редактор Г. Н. Кузей

Компьютерная верстка Е. А. Кузнецовой

 

  Подписано к печати 28.09.2013 г. Объем 5,5 печ. л. Зак. 18  

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!