Информационный баннер

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках

Содержание:

Прямое измерение индукции магнитного поля

Прямое измерение индукции магнитного поля при помощи витка с током основано на явлении электромагнитной индукции Фарадея.

Напомним один из основных законов электромагнетизма.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

При изменении магнитного потока, проходящего через замкнутый контур, в контуре возникает ЭДС индукции.

Скорость изменения магнитного потока через замкнутый контур по модулю равна ЭДС индукции, возникающей в контуре.

Как измерить индукцию магнитного поля прямым методом? Сначала проводник в виде небольшой плоской петли замыкают на гальванометр и ориентируют так, чтобы линии магнитной индукции магнитного поля были перпендикулярны плоскости проводника. Затем проводник поворачивают вокруг своей оси на 90°. По закону электромагнитной индукции через гальванометр при этом должен пройти импульс тока. Измерив этот импульс, определяют среднее значение магнитной индукции B в области петли. 

Косвенные методы измерение напряженности и индукции магнитного поля

Прямое (непосредственное) измерение величины B описанным выше способом возможно не всегда. Например, так невозможно измерить индукцию магнитного поля в веществе. 

Необходимо принимать во внимание, что при переходе границы магнетика нормальные составляющие вектора магнитной индукции и тангенциальные составляющие вектора напряженности непрерывны. 

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Как измеряют вектор магнитной индукции в веществе? Для этого в исследуемом материале делают полость и проводят измерение. Также при обработке результатов учитывают форму полости.

Способ 1. В магнетике делают параллельный магнитному полю и бесконечно узкий канал. Так как канал бесконечно узкий, можно принять, что напряженность поля в нем и в окружающем магнетике одинаковы. В канал помещается пробный виток, измеряется величина магнитной индукции. Так как в канале отсутствует вещество магнетика и μ=1, получаем:

B=μ0H.

Способ 2. В магнетике создают бесконечно узкую щель. Удаление вещества, учитывая бесконечно малый размер щели, не сказывается на магнитном поле (удалением вещества можно пренебречь). Измеряя индукцию в щели, узнаем индукцию магнитного поля в веществе.

Пример

Пусть у нас есть электромагнит, состоящий из железного сердечника и катушек с током. Число витков с током равно N. Сердечник имеет узкий воздушный зазор длиной lv. По большей части линии магнитной индукции сосредоточены  внутри сердечника и пересекают границу воздух-сердечник по нормали к поверхности раздела. Найти величину магнитной индукции в воздушном зазоре электромагнита.

Решение.

Косвенные методы измерение напряженности и индукции магнитного поля

Магнитная индукция в зазоре и сердечнике одинакова по модулю, если зазор бесконечно мал. 

B1n=B2n

Применяя теорему о циркуляции вектора напряженности H, получим выражения для напряженности в железе и воздухе.

Напряженность в железе равна HFe=Bμ0μFe. Напряженность в воздухе: Hv=Bμ0μv. Циркуляция вектора напряженности запишется в виде:

HFelFe+Hvlv=NI

где I - сила тока в катушке, lFe - длина контура в железном сердечнике.

Подставим сюда записанные выше выражение для напряженности:

Bμ0μFelFe+Bμ0μvlv=NI.

Отсюда выразим магнитную индукцию:

B=μ0lNlvμv+lFeμFeμ0lNlv+lFeμFe.

Магнитная проницаемость железа велика, и соотношением lFeμFe1 можно пренебречь. Тогда выражение для индукции запишется в виде:

Bμ0lNlv.

Измерение напряженности магнитного поля методом Гаусса

Данный метод применяется для измерения магнитного поля Земли.

Определение

Постоянные магниты - это магнетики, вектор намагниченности J которых остается неизменным (или меняется незначительно) при внесении магнетика во внешнее магнитное поле.

На этом определении и базируется суть метода. Для измерения напряженности магнитного поля методом Гаусса берется постоянный магнит в форме стержня, намагниченный параллельно оси. Если поместить такой магнит в постоянное магнитное поле с индукцией B, на него будет действовать вращающий магнитный момент M.

M=PmB.

Здесь Pm - магнитный момент стержня. Под действием момента M стержень, вращаясь вокруг своего центра масс, придет в состояние равновесия и установится вдоль вектора поля B. При небольших отклонениях от положения равновесия возникают колебания с периодом T=2πθPmB, где θ - момент инерции стержня. 

Магнит-стержень закрепляется перпендикулярно магнитному полю B, а на расстоянии r от его центра помещается маленькая магнитная стрелка. Стержень можно считать магнитным диполем, а для магнитного поля стержня в месте нахождения стрелки можно записать:

B1=2Pmr3.

Под воздействием полей B и B1 стрелка установится под углом α к постоянному магнитному полю:

tgα=B1B=2PmBr3.

Измеряя период T и вычисляя угол α, находят магнитный момент стержня и значение индукции магнитного поля.

Навигация по статьям

Выполненные работы по физике
  • Физика

    Кинетика роста микробных популяций

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      17 июня 2017 г.

    • Стоимость:

      800 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Место физики среди других естественных наук

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      30 августа 2016 г.

    • Стоимость:

      1 100 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Электромагнитные поля и волны. Заказ: 545425

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      5 марта 2018 г.

    • Стоимость:

      900 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Изучение интерференционного опыта Юнга с помощью лазера

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      23 февраля 2017 г.

    • Стоимость:

      800 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Анализ техники плавания кролем

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      8 марта 2018 г.

    • Стоимость:

      1 000 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    . Определение оптимального числа ниток газопровода

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      12 апреля 2014 г.

    • Стоимость:

      1 000 руб

    Заказать такую же работу
  • Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!