Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

ИЗМЕРЕНИЯ:

ЭКСПЕРИМЕНТ 1.

1. Закройте окно эксперимента 3, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле прямого тока». Наблюдайте линии индукции МП прямого провода.

2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте величину тока, указанную в таблице 2 для вашей бригады.

3. Перемещая мышью «руку» вблизи провода, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси провода, указанных в таблице 1. Значения r и B занесите в табл.1. Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2.

1. Закройте окно эксперимента 1, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле кругового витка с током». Наблюдайте линии индукции МП кругового витка (контура).

3. Перемещая мышью «руку» по оси витка, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси витка, указанных в таблице 1. Значения r и B занесите в табл.3, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь надо записать 1/(R²+r²)^3/2 (м^-3)). Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.

ЭКСПЕРИМЕНТ 3.

1. Закройте окно эксперимента 2, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле соленоида». Наблюдайте линии индукции МП соленоида.

3. Перемещая мышью «руку» по оси соленоида, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси соленоида, указанных в таблице 1. Значения r и B занесите в табл.4, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь не надо записывать ничего). Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Вычислите и запишите в таблицы 1, 3 и 4 значения для второй строки.

2. Постройте на одном листе графики зависимости индукции МП (B) прямого провода с током от обратного расстояния (1/r).

3. Постройте на втором листе графики зависимости индукции МП (B) на оси витка с током от куба обратного расстояния 1/(R²+r²)^3/2.

4. На третьем листе постройте графики зависимости индукции МП на оси соленоида от расстояния до его центра.

5. По тангенсу угла наклона графиков на первых двух листах определите постоянную, используя формулы для первого чертежа и для второго (площадь витка S = pR²).

6. Вычислите среднее значение магнитной постоянной.

7. Для магнитного поля соленоида при каждом токе определите протяженность Dr области однородности, в которой индукция меняется не более, чем на 10% от максимальной. Вычислите среднее значение области однородности.

8. Запишите ответы и проанализируйте ответ и график.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое магнитное поле (МП)?

2. Назовите источники МП.

3. Какие силы действуют между движущимися зарядами?

4. Во сколько раз магнитная сила меньше электрической для двух движущихся точечных электрических зарядов?

5. Сформулируйте определение квазинейтральности проводов с током.

6. Какие силы и почему действуют между проводами с током?

7. Дайте определение линии индукции МП. Зачем их рисуют?

8. Запишите закон Био-Савара-Лапласа. В чем он похож на закон Кулона?

9. Сформулируйте принцип суперпозиции для МП.

10. Дайте определение циркуляции МП.

11. Сформулируйте и запишите формулу закона циркуляции МП.

12. Сформулируйте и запишите формулу для МП прямого провода с током.

13. Как выглядят линии индукции МП прямого провода с током?

14. Сформулируйте и запишите формулу для МП на оси кругового витка (контура) с током.

15. Что такое магнитный момент витка с током?

16. Какую форму имеет линия индукции, проходящая через центр витка с током?

17. Что такое соленоид и для чего он используется?

18. Чему равно магнитное поле в центре соленоида?

19. Является ли МП внутри соленоида точно однородным?

20. Как определить протяженность области однородности МП внутри соленоида, если задана точность?

литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001. Гл.14, §§ 109-110.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000. Гл. 22, §§ 22.1-22.3.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником. Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Электромагнитная индукция». (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. Закройте внутреннее окно, нажав кнопку с крестом справа вверху этого окна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

* Знакомство с моделированием явления электромагнитной индукции (ЭМИ).

* Экспериментальное подтверждение закономерностей ЭМИ.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

элементарным Магнитным потоком dФ_B через физически малый элемент поверхности площадью dS называется скалярное произведение вектора индукции магнитного поля на вектор нормали к данному элементу поверхности и на площадь dS:

dФ_B = ( )×dS.

Магнитным потоком Ф_B через поверхность площадью S называется сумма всех элементарных потоков через все элементы этой поверхности (интеграл по поверхности):

Ф_B = .

Анализируя свойства интеграла в правой части данного соотношения, можем получить условия, когда для определения потока не требуется интегрирование.

Простейший вариант: потока нет (Ф_В = 0), если 1) В = 0 или 2) вектор магнитной индукции направлен по касательной к поверхности в любой ее точке ().

Второй вариант: поток есть произведение индукции на площадь (Ф_В = B×S), если , т.е. одновременно выполняются два условия: вектор индукции направлен по нормали и имеет одну и ту же величину в любой точке поверхности.

ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения одного поля (например, электрического) при изменении другого поля (например, магнитного).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля.

Закон ЭМИ: циркуляция электрического поля по замкнутому контуру Г_0Е пропорциональна быстроте изменения потока магнитного поля Ф_0В через замкнутую поверхность S₀ (L₀), ограниченную контуром L₀, по которому рассчитана циркуляция. Математически:

Г_0Е = - , где знак – соответствует «правилу Ленца» (см.учебник).

В расшифрованном виде .

В результате ЭМИ возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. Поле с ненулевой циркуляцией называется вихревым.

Если в таком поле находится проводящее вещество, то в веществе возникает вихревой электрический ток, величина которого пропорциональна напряженности вихревого электрического поля. Такие токи называются токами Фуко.

Если проводящее вещество имеет форму замкнутого контура, тогда циркуляция электрического поля в нем определяет ЭДС, которая в случае ЭМИ называется ЭДС индукции. Закон ЭМИ для проводящего контура будет выглядеть так ЭДС_ИНД = -

Ток, который в этом случае появляется в контуре, называется индукционным.

Обозначая ЭДС индукции символом e_инд и используя закон Ома для полной цепи, получим выражение для тока индукции i_ИНД = e_инд / R, где R – сопротивление контура.

Если имеется замкнутый контур с переменным током, тогда магнитное поле с изменяющимся потоком создается собственным током в этом контуре, и в соответствии с законом ЭМИ в контуре возникает дополнительная ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции.

Явлением САМОИНДУКЦИИ называется возникновение ЭДС самоиндукции при протекании по проводнику переменного тока.

ЗАКОН самоиндукции: ЭДС_{САМОИНД} = -L , где L – индуктивность проводника.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории.

В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в которой изменяющийся магнитный поток возникает в результате движения проводящей перемычки по параллельным проводникам, замкнутым с одной стороны.

Эта система изображена на рисунке:

ЗАДАЧА:

Проводящая перемычка движется со скоростью V по параллельным проводам, замкнутым с одной стороны. Система проводников расположена в однородном магнитном поле, индукция которого равна В и направлена перпендикулярно плоскости, в которой расположены проводники. Найти ток в перемычке, если ее сопротивление R, а сопротивлением проводников можно пренебречь.

Решив задачу в черновике, получите уравнение для тока в общем виде.

Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1.

ТАБЛИЦА 1. результаты измерений (12 столбцов). В = ____ мТл						ТАБЛИЦА 2. Значения характеристик (не перерисовывать)
	v (м/c) =	-10	-8	...	10		Бригады	R (Ом)	В₁ (мТл)	В₂ (мТл)	В₃ (мТл)
	ЭДС, В						1 и 5	1	-30	40	90
	I, мА						2 и 6	2	-40	20	80
							3 и 7	1	-50	10	70
							4 и 8	2	-60	-20	100

Для бригад 1-4 L = 1 м, для бригад 5-8 L = 0.7 м.