В зазоре между полюсами электромагнита поместим симметричное тело продолговатой формы, подвесив его на нити. На рисунке показаны наконечники электромагнита и намагничиваемое тело (вид сверху). Тело может поворачиваться относительно оси, перпендикулярной плоскости рисунка, проходящей через точку 0. Точка 0 расположена на оси симметрии картины силовых линий магнитного поля.
Если подвешенное на нити тело является парамагнетиком, то под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов вещества получают преимущественную ориентацию вдоль поля. Эти атомы ведут себя в магнитном поле аналогично виткам с током, магнитные
44
.
моменты которых образуют с внешним полем острый угол. На такие витки действует сила, втягивающая их в область более сильного магнитного поля (см. опыт 3.2.9, первый вариант). В нашем случае наибольшая плотность энергии магнитного поля наблюдается вблизи оси симметрии этого поля. Под действием этих сил парамагнитное тело повернется так, чтобы как можно больше точек этого тела находилось в области магнитного поля с максимальной плотностью энергии. Это соответствует ориентации тела вдоль силовой линии вблизи оси симметрии поля.
Если подвешенное на нити тело является диамагнетиком, то под действием внешнего магнитного поля в атомах вещества возникают магнитные моменты, направленные преимущественно против поля. Как рассмотрено в п.3.2.9 (второй вариант), витки с током в таком случае выталкиваются в область поля с меньшей плотностью энергии магнитного поля. Следовательно, на атомы диамагнитного вещества должны действовать силы, стремящиеся удалить их от оси симметрии. В
результате этого диамагнитное тело расположится перпендикулярно оси симметрии поля.
В опыте применяются тела длиной 7` 020 мм. Для того чтобы эти тела и их ориентация были видны большой аудитории, используется увеличенная теневая проекция на экран.
3.2.19. Вытягивание ферромагнетика внурть катушки.
Электромагнитная пушка
Ферромагнетики, как и парамагнетики (см. п.3.2.18), втягиваются в область более сильного магнитного поля. Поскольку магнитная восприимчивость ферромагнетиков на много порядков больше, чем парамагнетиков, силы, действующие на ферромагнитные тела со стороны неоднородного магнитного поля, могут достигать значительной величины. Основным элементом используемой в опыте электромагнитной пушки является многослойный соленоид 1I 0, витки которого намотаны на цилиндрическую катушку, полую внутри. Катушка закреплена вертикально на стойке 1 2 0. Снаряд 1 3 0 стоит на основании стойки 1 2 0 и лишь частично входит в цилиндрический канал катушки. При включении тока в цепи ферромагнитный (железный) снаряд втягивается внутрь катушки и приобретает некоторую ки45
.
нетическую энергию. Если ток не выключить, то снаряд пролетит сквозь область с максимальной плотностью энергии магнитного поля и попадет в область с меньшей плотностью энергии магнитного поля.
Теперь магнитная сила будет тормозить снаряд и втягивать его обратно в катушку. В результате этого снаряд будет совершать колебательное движение вблизи центра катушки.
Для того чтобы избежать торможения снаряда магнитным полем, надо цепь разомкнуть в тот момент, когда снаряд войдет в область максимального магнитного поля. С этой целью используется выключатель 1 4. 0 Выключатель представляет собой легкую перемычку, опирающуюся на два неподвижных контакта. Вылетающий из катушки снаряд сбрасывает перемычку и тем самым размыкает цепь. Далее он движется свободно.
3.2.20. Петля гистерезиса ферромагнетика
Петлю гистерезиса можно наблюдать на экране осциллографа, если на вход Х подать напряжение U 4х 0 пропорциональное напряженности поля
Н, а на вход Y подать напряжение U 4y 0, пропорциональное индукции поля В, и периодически изменять Н и В как по величине, так и по направлению. Электрическая схема установки показана на рисунке.
Напряжение U 4x 0 пропорционально току в обмотке I. Напряженность
Н внутри замкнутого сердечника также пропорциональна току. Следовательно, U 4x 0 пропорционально Н.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.