Исследование магнитной индукции в железе баллистическим методом: Методические указания к выполнению лабораторной работы № 9фкс, страница 2

                 Рис.3 – Рабочая схема установки

          Катушка L₁ помещается в поле другой катушки L₂, которая является намагничивающей обмоткой тороида Т с железным сердечником. В цепь катушки L₁ включается баллистический гальванометр G. Магнитный поток, пронизывающий катушку L₁, будет равен: Ф = BS₁N₁, где В – магнитная индукция в железе, S₁ – сечение одного витка катушки L₁, N₁ – общее число ее витков.

          При быстром изменении направления поля катушки L₂, что достигается коммутацией тока в L₂ ключом К₁, магнитный поток Ф через L₁ изменит направление на противоположное, а величина потока изменится на

                                          DФ = Ф – (-Ф) = 2Ф = 2ВS₁N₁                             (1)

При изменении магнитного потока в катушке L₁ на DФ в ней возникает эдс индукции, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея равной:

                                                   e_i = -                                                         (2)

где Dt – время, за которое происходит переключение коммутатора. Знак минус показывает, что по правилу Ленца магнитное поле возникшего индукционного тока в цепи катушки L₁, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

          e_i вызывает кратковременный индукционный ток в цепи катушки L₁, соединенной с баллистическим гальванометром (гальванометр включается при размыкании ключа К). Основной частью баллистического гальванометра является обычно достаточно массивная четырехугольная рамка, которая может свободно вращаться в зазоре, образованном полюсами магнита. При прохождении тока через обмотку рамки она испытывает вращающий момент сил Ампера. Отклонение рамки вызывает смещение светового зайчика по шкале гальванометра.

          Баллистический гальванометр является интегрирующим прибором и применяется для измерения заряда q, протекающего по цепи за промежуток времени, малый по сравнению с периодом собственных колебаний рамки. При этом между зарядом q и максимальным отбросом гальванометра a по световой шкале существует прямая пропорциональность:

                                                        q = Аa                                                   (3)

где А – баллистическая постоянная гальванометра, численно равная заряду, протекающему через гальванометр и вызывающему смещение светового зайчика на единицу длины.

          Заряд q, протекающий через гальванометр, за время переключения коммутатора К₁, зависит от эдс индукции и равен

                                  (4)

Подставляя это выражение в формулу (3), получим:

Dj = АaR

Заменяя в этом выражении Dj согласно уравнению (1), имеем:

2ВS₁N₁ = AaR

отсюда

                                                                                  (5)

где R – сопротивление цепи гальванометра; С – баллистическая постоянная установки, которая равна изменению магнитного потока в цепи гальванометра и вызывающего смещение светового зайчика на единицу длины.

          При исследовании зависимости В от Н напряженность магнитного поля Н₂ катушки L₂ рассчитывается по формуле:

                                                         Н₂ = In₂                                                   (6)

где I – ток, протекающий через катушку L₂ тороида, n₂ – число витков на единицу длины средней линии тора.

          Так как , на опыте определив В по формуле (5) и Н по формуле (6), можно найти магнитную проницаемость:

                                                                                                       (7)

          Для определения С – баллистической постоянной установки используется длинный прямой соленоид L₄, намотанный на немагнитный сердечник, который называется нормальной катушкой. Нормальная катушка имеет свою измерительную катушку L₃, включенную также в цепь гальванометра. Если в нормальной катушке L₄ коммутировать ток, то, по аналогии со сказанным для тора, изменение магнитного потока через катушку L₃ вызовет отклонение светового зайчика по шкале на величину b.

          Тогда по формулам (1), (3) и (4) для данного случая будем иметь:

Dj^/ = 2ВS₃N₄ = 2m₀mI₄n₄S₃N₃ = Cb ,

учитывая m = 1, так как катушка намотана на немагнитный каркас, получим баллистическую постоянную установки:

                                                                                      (8)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Определение баллистической постоянной установки С.

1.1.  Записать данные n₄,S₃,N₃ , определить n₄ = N₄/l , где N₄ – общее число витков, l₄ – длина соленоида;

          где d₃ и d₄ – соответственные диаметры катушек.

1.2.  Замыкаем цепь с помощью коммутатора К₁ и переключателя К₂ на нормальную катушку L₄.

1.3.  С помощью реостатов R₁ и R₂ устанавливаем ток I₁ = 0,1 А.