В данной работе исследуемая катушка одета на разборный прямоугольный сердечник (рис. 17). Значение числа витков дается на панели катушки. Так как сердечник замкнут и его магнитная проницаемость значительно больше, чем в окружающей среде, то магнитный поток практически полностью сосредоточен в этом сердечнике, и данную конструкцию можно считать тороидом. Поэтому формулы (5.1) и (5.2) с достаточной точностью применимы к данной конструкции.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Измеряют сечение S и длину осевой линии магнитопровода исследуемой катушки по конструкции сердечника (рис. 17).
2. Измеряют омическое сопротивление исследуемой катушки с помощью моста постоянного тока.
3. Собирают схему (см. рис. 16).
4. Включают и настраивают индикатор нуля. Им является осциллограф; при этом клеммы А и В реохорда (рис. 16) соединяют с гнездами «у» на осциллографе, ручкой «УСИЛЕНИЕ» задают небольшой сигнал.
5. Передвигая ползунок реохорда Д, добиваются отсутствия тока (подаваемого сигнала) в индикаторе нуля при заданной частоте.
6. Записывают значения , повторив п. 5 три раза. Для расчетов берут среднее и среднее.
7. По формуле (5.8) вычисляют
8. По формуле (5.2) вычисляют магнитную проницаемость сердечника
9. Повторяют измерения при другой частоте генератора.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1.Без разрешения преподавателя не подключать схему к источникам питания. Не касаться открытых частей схемы руками!
2. Не прилагать больших усилий к регулирующим ручкам осциллографа.
3. По окончании измерений отключите источник питания.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова классификация и свойства магнетиков?
2. Природа диа-, пара- и ферромагнетиков.
3. Что Вы знаете о магнитной проницаемости вещества?
4. Что Вы знаете об индуктивности?
5. Запишите закон Ома для переменного тока и поясните его.
6. Каково устройство, принцип действия и назначение моста Максвелла?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1) Ознакомление с методом исследования поля при помощи зонда.
2) Построить распределение эквипотенциальных поверхностей и линий напряженности междуэлектродного поля.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:
1. Установка ФП 1А для исследования электрических полей.
2. Набор электродов.
3. Дистиллированная вода.
4. Поваренная соль NaCl.
ТЕОРИЯ
1. Электростатическим полем называется особая материальная среда, неразрывно связанная с зарядом, обусловленная им, которая обнаруживается по электрическому действию на заряд.
Поле неподвижных электрических зарядов называется электростатическим.Силовой характеристикой электростатического поля является напряженность - это векторная величина, равная отношению вектора силы F, с которой поле действует на заряд q' к величине этого заряда (1)
= (1)
где q' - заряд, помещенный в поле (алгебраическая величина).
Для поля точечного заряда q
= k (2)
где q - заряд, создающий поле;
- радиус-вектор, проведенный от заряда до данной точки поля (рис. 1 )
k — коэффициент пропорциональности; (в системе СИ k= )
рис. 1.
2. Графически поле изображается линиями напряженности(силовые линии) - это такие линии, в каждой точке которых касательная совпадает с вектором напряженности поля в этом месте. Силовые линии электростатического поля начинаются на положительном заряде и кончаются на отрицательном или уходят в бесконечность. Линии напряженности проводят так, что число линий, пронизывающих единичную, перпендикулярную к ним площадку равно напряженности поля в данном месте (3)
(3)
Скалярное произведение
Ed cos = dФ (4)
называется элементарным потокомвектора напряжен-ности через площадку dS рис. 2.
Рис. 2
3. Электростатическое поле является потенциальным,т.е. работа по переносу заряда в электрическом поле не зависит от формы и длины пути, а зависит только от начального и конечного положения точки перемещения.
Работа по замкнутому контуру всегда равна нулю (5)
(5)
Отношение энергии W , которой обладает заряд q' в электрическом поле к величине этого заряда называется потенциаломполя (6).
(6)
В поле точечного заряда q потенциал определяется выражением
(7)
Поверхность, в каждой точке которой потенциалы одинаковы, называется эквипотенциальной.Отсюда следует, что линии напряженности перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности проводятся так, что по их густоте можно судить о напряженности. Разность потенциалов между соседними поверхностями остается постоянной в любом месте.
Связь между напряженностью и потенциалом в данной точке поля имеет вид
Еl= - (8)
где El=Ecos - проекция вектора Е на направление перемещения l;
- изменение потенциала на единицу пути по направлению l.
Выражение (8) в векторной форме имеет вид
(9)
Выражение называют градиентом потенциала.
Градиент потенциала— это вектор, численно равный максимальному приращению потенциала на единицу пути в данном месте и направлен в сторону наибольшего положительного приращения на единицу пути.
В электрическом поле векторы и численно равны и направлены противоположно.
4. Из условия потенциальности электрического поля следует, что в заряженном проводнике заряды будут распределяться перемещаясь до тех пор, пока потенциалы в любой точке проводника и на поверхности не выровняются. Заряды распределяются на поверхности с различной поверхностной плотностью, σ , где R - радиус кривизны поверхности.
Векторы перпендикулярны к поверхности заряженного проводника (уединенного), а эквипотенциальные поверхности вблизи проводника имеют форму его поверхности.