З пристроєм і градуировкой балістичного гальванометра необхідно ознайомитися з «Керівництву до лабораторних рабо-там» (розділ «Вимірювальні прилади»).
При вимірі потоків вектора магнітної індукції за допомогою балістичного гальванометра його постійна повинна бути виражена в Вб / справ.
Гальванометр в цьому випадку градуюється в замкнутому ланцюзі за схемою, представленої на рис. 5.3. При зміні напрямку струму в первинній обмотці еталонної котушки взаємоіндукції магнітний потік вектора індукції, зчеплений з вторинною обмоткою, змінює свій напрямок на протилежне.
Зміна магнітного потоку, зчепленого зі вторинної обмот-кою
# 916; # 968; = - # 968; - # 968; = -2 # 968 ;.
Так як потік вектора індукції, зчеплений зі вторинної об-мотки, пов'язаний зі струмом в первинній обмотці котушки взаємоіндукції співвідношенням # 916; # 968; = 2MI. то
де M - взаємна індуктивність.
Загальна кількість електрики, що минув в ланцюзі гальвано-метра, дорівнюватиме
де R - опір гальванометра.
Баллистический покидьок # 945; на шкалі гальванометра Пропорційні-льон кількості електрики, що протік через котушку гальванометра
Зіставляючи формули (5.4) і (5.5) отримуємо
Ця формула дає можливість визначити постійну балістів-чеського гальванометра Сm по зміні потокосцепленія.
Враховуючи що # 916; # 968; = -2MI. отримуємо остаточну формулу для розрахунку постійної балістичного гальванометра в даній роботі
Постійної балістичного гальванометра Сm називається вели-чину, чисельно рівна зміні потокосцепленія через вторинну обмотку градуировочной котушки, що викликає відхилення "зайчика" гальванометра на одну поділку шкали.
В процесі градуювання і подальших вимірювань ланцюг гальванометра повинна замикатися лише для визначення покидька «зайчика» на шкалі балістичного гальванометра.
Дослідити залежність вектора індукції магнітного поля і магнітної проникності в залозі від напруженості магнітного поля.
Для цього необхідно:
а) вивчити пристрій, принцип дії балістичного гальванометра і метод його градуювання в замкнутому ланцюзі;
б) проградуювати балістичний гальванометр в одиницях магнітного потоку;
в) дослідити залежність вектора індукції магнітного поля від струму в соленоїді;
г) побудувати графіки залежностей B = f (H) і μ = f (H);
д) розрахувати похибка вимірювання B. H і μ для одного зна-чення струму в соленоїді.
Схема установки для дослідження залежності вектора Індуктори ції магнітного поля в залозі від напруженості представлена на рис. 5.4.
Зібрати схему згідно з рис. 5.4.
А. Градуировка балістичного гальванометра
Перемикачем Р2 замкнути ланцюг джерела струму на градуювальну котушку. При розімкнутому ключі гальванометра K2 включити харчування схеми
і встановити градуювальних струм, зазначений на робо-чим місці. Замкнув ланцюг гальванометра, швидко змінити направле-ня струму в градуировочной котушці на протилежне за допомогою перемикача Р1. спостерігаючи покидьок гальванометра за шкалою. Полу-ного значення покидька гальванометра # 945; 1 записати, і заміряти при даному градуювальному струмі ще чотири покидьок # 945 ;, кожен раз стежачи, щоб «зайчик» гальванометра перед перемиканням струму знаходився в спокої на нульовому діленні шкали. З п'яти значень покидька знайти середнє значення, за формулою (5.7) знайти постійну баллістічес-кого гальванометра Cm. Величина постійної Сm при будь-яких градуювальних токах повинна мати одне і те ж значення. Тому, якщо градуювання проводиться при декількох значеннях градуировочного струму, то необхідно знайти середнє значення постійної, яке і використовується
в подальшій роботі.
Б. Вимірювання вектора індукції магнітного поля в залозі
Для вимірювання вектора індукції магнітного поля в залізному осерді з допомогою перемикача Р2 замкнути ланцюг джерела струму на кільцевій соленоїд при повністю введених реостатах і ра-зомкнутой ланцюга гальванометра і джерела струму. Включити минималь-ве значення струму в ланцюзі і довести його до значення, зазначеного на робочому місці. Виробляючи виміру вектора індукції в залізному осерді, не можна довільно змінювати струм
в обмотці соленоїда, так як внаслідок явища гістерезису величина вектора індукції істотно залежить від попереднього стану ферромагнеті-ка. Тому при переході від одного значення струму до іншого необхідно плавно збільшувати струм, не допускаючи зворотного підгонки. при перемиканні
напрямку струму в кільцевому соленоїді для спостереження-ня покидька гальванометра слід дотримуватися одного і того ж напрямку, щоб краще витримати однотипність вихідних умов при вимірах. З тією ж метою слід перед кожним наглядом покидька гальванометра при розімкнутому ланцюзі гальванометра і уста-новленной силі струму перемикач Р1 перекинути з одного поло-ження в інше 5-6 разів, кожен раз залишаючи його в одному і тому ж положенні.
Спостереження покидька «зайчика» гальванометра зробити для всіх значень струму, зазначених на робочому місці, по три рази при кожному струмі. По трьох значень покидька для кожного струму знайти середнє значення покидька гальванометра.
Дані вимірювань за пунктами А і Б занести в таблицю.
В. Обробка результатів вимірювань
1. Розрахунок постійної балістичного гальванометра
Для обох значень струму обчислити постійну балістичного гальванометра
Знайти середнє значення Cm.
У подальших розрахунках використовувати середнє значення Сm.
2. Розрахунок напруженості і вектора магнітної індукції
При протіканні струму по первинній обмотці кільцевого солоно-да із залізним сердечником, що має число витків w1. всередині соле-Ноїда створюється магнітне поле з напруженістю Н. чисельно рав-ної
де r - радіус кільцевого соленоїда.
За формулою (5.8) розраховується напруженість магнітного по-ля для кожного струму в соленоїді.
При зміні напрямку струму в первинній обмотці соленоїда на протилежне, магнітне поле всередині соленоїда, залишаючись тим же самим по величині, зміниться у напрямку. Зміна потоку вектора індукції, зчепленого зі вторинною обмоткою, що має w2 витків, дорівнюватиме
# 916; # 968; = - # 968; - # 968; = -2 # 968 ;.
При цьому у вторинній обмотці соленоїда індукується короткочасний струм, який проходячи по витків котушки гальванометра, викликає відхилення «зайчика» на # 945; 2 поділок шкали.
Знаючи постійну балістичного гальванометра Сm. можемо визначити # 916; # 968;
Враховуючи що # 916; # 968; = -2 # 968 ;, а # 968; = W2 Ф, Ф = BS. де S - площа поперечного перерізу залізного сердечника, получа третьому
З урахуванням формули (5.10) вираз (5.9) набуде вигляду
З формули (5.11) визначається величина вектора індукції магнітного поля в залізному осерді
Використовуючи середнє значення покидька гальванометра для кожного значення струму в кільцевому соленоїді, розрахувати величину вектора індукції поля за формулою (5.12).
Значення магнітної проникності для заліза розрахувати за формулою
При цьому необхідно брати чисельні значення векторів B і H. відповідають одному і тому ж току в соленоїді.
Отримані дані та результати розрахунків представити у вигляді табл. 5.1.
На підставі отриманих значень B. H і μ, побудувати відповідні графіки.
Г. Розрахунок похибок вимірювань
Похибки вимірювання B. H і μ визначити за методом единич-ного результату для одного з значень струму в соленоїді. Похибка вимірювання # 945; 1 і # 945; 2 знайти за середнім значенням, а похибка вимірювання струму визначити по класу точності приладу.
1. Що таке магнітне поле?
2. Вектор індукції магнітного поля і його одиниця.
3. Напруженість магнітного поля і її одиниця.
4. Що таке магнітна проникність?
5. Чому магнітне поле в середовищі відрізняється від магнітного поля в порожнечі?
6. У чому полягає намагнічування середовища?
7. Що таке вектор намагнічування і в яких одиницях він через міряється?
8. Як пов'язаний вектор намагнічування з напруженістю магніт-ного поля?
9. Що таке магнітна сприйнятливість?
10. Які речовини називаються діамагнітними, парамагнітним і феромагнітними?
11. Зобразити графічно залежності B. Bо. B '. μ, # 967 ;, від H для діамагнетиком, парамагнетика, феромагнетика і пояснити їх.
12. Пристрій і принцип дії балістичного гальвано-метра.
13. Вивести формулу постійної балістичного гальванометра при використанні котушок взаємоіндукції.
14. Вивести формулу для визначення вектора індукції магнитн-ого поля через постійну балістичного гальванометра.
15. Зобразити принципову схему установки і пояснити призначення її елементів.
16. Пояснити розрахунок похибки вимірювання B. H і μ.
3. Кравцов Ю. А. Мансуров А. Н. Птіцина Н. Г. Сперанта В. В. Стручков В. В. Лабораторний практикум з загальної фізики. М. Просвітництво. 1985 р 351 с.
Введення: Фізичні основи метрології.