Лабораторная работа №3

Изучение магнитного поля, создаваемого аппаратом «Полюс – 2»

Приборы и принадлежности: аппарат «Полюс – 2», индуктор - соленоид, миллиамперметр, лоток с железными опилками.

Цель работы: изучение интенсивности магнитного поля, создаваемого аппаратом «Полюс – 2» и области его распространения.

Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды (ток), помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом.

Для характеристики магнитного поля используем своеобразный «индикатор», на который реагирует магнитное поле. В качестве такого индикатора используем контур (рамку) с током. Опыт показывает, что на контур с током действует момент силы , зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки в магнитном поле.

Максимальное значение момента силы зависит от магнитного поля, в котором находится контур и от самого контура – силы тока , протекающего по контуру и площади , охватываемой контуром, т.е.

. (1)

Величину

(2)

называют магнитным моментом контура с током.

Магнитный момент – величина векторная. Для контура с током вектор направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока правилом правого винта (рис. 1), т.е.

(3)

Магнитный момент является характеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов), определяя их поведение в магнитном поле. Единицей магнитного момента является ампер - квадратный метр ().

Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в единицах, называемых атомным () или ядерным () магнетоном Бора.

Пропорциональность (1) можно записать следующим образом (рис. 2а):

, (3)

где коэффициент пропорциональности называется магнитной индукцией.

Из уравнения (3) следует, что

. (4)

Формула (4) определяет модуль вектора магнитной индукции .

Отношение для всех контуров будет одним и тем же, поэтому эта величина используется для количественной характеристики поля.

Вектор совпадает по направлению с вектором в положении устойчивого равновесия, т.е. когда (рис. 2б).

Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл), часто используется более мелкая единица – миллитесла (мТл):

, 1Тл = 1000 мТл; 0,001Тл = 1 мТл.

Отношение магнитной индукции к произведению магнитных проницаемостей называют напряженностью магнитного поля и обозначают . Напряженность магнитного поля , как и магнитная индукция , является векторной величиной.

или .

Размерность напряженности магнитного поля:

.

Иногда пользуются другой единицей напряженности – эрстедом (эр):

.

Величину магнитной индукции поля соленоида можно определить с использованием следующего выражения:

, (5)

где , - длина соленоида, - число витков в соленоиде, - величина тока, проходящего по виткам соленоида.

Магнитное поле графически изображают с помощью силовых линий магнитной индукции, касательные к которым показывают направление вектора . Густота силовых линий, т.е. число силовых линий, проходящих через единичную поверхность контура, расположенную ортогонально по отношению к ним, равна модулю вектора .

Силовые линии магнитной индукции не имеют начала и конца, т.е. являются замкнутыми. Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вихревыми.

Магнитный поток (это число силовых линий, пронизывающих всю площадь рассматриваемого контура) определяется выражением:

, (6)

где - магнитный поток, - площадь контура, - проекция вектора на направление нормали к площади контура (рис.3).

Единицей магнитного потока, согласно (6), является вебер (Вб): .

Более мелкой единицей магнитного потока является максвелл (Мкс):

Из формулы (6) видно, что магнитный поток может быть как положительным (), так и отрицательным ().

Из вышесказанного следует, что линии магнитной индукции, входящие в замкнутую поверхность, можно считать положительными, а линии, выходящие из замкнутой поверхности, можно считать отрицательными. Поскольку линии магнитной индукции являются замкнутыми линиями, то результирующий магнитный поток, проходящий сквозь замкнутую поверхность, равен нулю.

Дата добавления: 2014-01-04