Изучение явления электромагнитной индукции и самоиндукции; определение индукции магнитного поля и исследование ее зависимости от силы тока

Лабораторная работа №4.6

Изучение явления электромагнитной индукции и самоиндукции.

1.Цель работы:  Изучение явления электромагнитной  индукции и самоиндукции; определение

индукции магнитного поля и исследование ее зависимости от силы тока.

2.Теория метода измерений и описание экспериментальной  установки:

Схема экспериментальной установки  изображена на рисунке. Она включает в себя электромагнит,

амперметр, реостат, измерительную катушку, ключ, баллистический гальванометр.

                                                                              При замкнутом ключе К в обмотках электромагнита 

                                                                              течёт постоянный ток, который создаёт в месте

                                                                              нахождения измерительной катушки L постоянное     

                                                                              магнитное поле с индукцией В. При изменении тока в 

                                                                              цепи электромагнита (например, при размыкании 

                                                                              цепи), меняется и создаваемое им магнитное поле. 

                                                                              При этом витки измерительной катушки пронизывает 

                                                                              переменный магнитный ток и гальванометр 

                                                                              показывает наличие индукционного тока. Так как

                                                                              магнитный поток, создаваемый током размыкания, меняется неравномерно, т.е.    , индукционный ток в измерительной катушке явля-ется переменным. Вследствие этого в катушке возникает добавочная ЭДС самоиндукции.

По закону Ома         ε_u+ ε_c=I(R_L+R_Г) ,     где R_L – омическое сопротивление катушки, R_Г –сопротивление гальванометра. Отсюда следует :

              или          ,

где L – индуктивность измерительной катушки, S – площадь витка, N – число витков.

Проинтегрируем последнее уравнение по времени от момента размыкания цепи (t=0) до момента исчезновения тока (t=Δt). За это время величина магнитной индукции изменится от В до 0, ток в цепи катушки – от 0 до 0 (через максимум). Отсюда :

        ,                .

Заряд  q=I Δt  , протёкший через катушку за короткое время  Δt , измеряется в данной работе баллистическим гальванометром. Это прибор магнитоэлектрической системы, отличающийся от обычного гальванометра тем, что его подвижная часть делается  более массивной  и обладает большим моментом инерции. Поэтому баллистический гальванометр может измерять заряды, протекающие через рамку за время, значительно меньшее периода её собственных колебаний. Импульс тока, переносящего заряд q , сообщает рамке толчок, и отклонение её от положения равновесия, продолжающееся по инерции, оказывается пропорциональным произведению силы тока на время его действия Δt , т.е.заряду q . Заряд q можно определить, замерив отклонение светового сигнала по шкале баллистического гальванометра    q=nβ , где n – баллистическая постоянная гальванометра, показывающая, какой заряд вызывает отклонение светового сигнала

на одно деление шкалы. Учитывая последнюю формулу, получим :

                                                                                                                             .

3.Методика проведения эксперимента:

1)Соберём электрическую цепь по схеме.

2)Включим в сеть баллистический гальванометр, убедимся в том, что световой сигнал находится   на нулевом делении шкалы.

3)Замкнём ключ К и определим максимальное отклонение n светового сигнала по шкале.

4)Не меняя тока в цепи, определим n при замыкании и размыкании цепей ещё 2-3 раза, определим <n>.

5)Повторим опыт  по пунктам 3 и 4 ещё для 6-7 значений тока. Результаты измерений занесём в таблицу.

Таблица

Номер  опыта	I  , A	n , Кл/дел		<n>, дел Среднее значение <n>=(n1+ n2)/2	β , Тл Расчётное значение индукции
		Количество делений гальванометра
		Вкл. n1 × 100	Выкл. n2 × 100
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

4.Обработка результатов измерения:

1)Вычислим по формуле индукцию магнитного поля, используя n =<n>.

2)Построим график зависимости В=f(I).

3)Сделаем вывод.