Тема роботи:

Дослідження магнітного поля кілець Гельмгольца.

Завдання дослідження:

Дослідити на однорідність магнітного поля вздовж осі кілець Гельмгольца і визначити залежність В = f(r).

Обладнання:

ПК з програмним забезпеченням MultiLab або портативний комп’ютер Nova 5000; АЦП NovaLink; датчик магнітного поля (+/-10 мТл); штатив для кріплення датчика магнітного поля;пара кілець Гельмгольца; датчик відстані; шматок картону або пластику розміром 10×10 см, для використання як екрана; джерело живлення постійного струму.

Теоретичні відомості

Кільця Гельмгольца – це пристрій, що складається з двох кругових кілець, які мають однаковий радіус – R, однакову кількість витків – N. Через кільця проходить однаковий струм – І. Кільця розміщені паралельно одне до одного, а відстань між ними дорівнює їх радіусу.
Магнітне поле у просторі між кільцями майже однорідне. Значення його магнітної індукції у центрі можна знайти із виразу: де μ₀ = 4π⋅10^-7 Гн/м.

Підготовка обладнання до виконання лабораторної роботи

1. Підключити датчик відстані до роз’єму 1 (I/O-1) Nova 5000 або до АЦП NovaLink, з’єднаного з ПК, на якому встановлено програмне забезпечення MultiLab.
2. Підключити датчик магнітного поля до роз’єму 2 (I/O-2) Nova 5000 або до АЦП NovaLink, з’єднаного з програмним забезпеченням MultiLab у ПК.
3. Скласти установку, відповідно до рис. 5.31:

  1) зафіксувати датчик магнітного поля на штативі;

 2) прикріпити екран до штатива на сторону, протилежну до датчика;
  3) помістити датчик магнітного поля так, щоб його кінець був на відстані 4 см перед першим кільцем;
  4) помістити датчик на відстані принаймні за 40 см від екрана;
  5) встановити вихідний рівень джерела живлення таким чином, щоб струм не перевищував максимальний постійний струм кілець.

4. Запустити програму MultiLab.
5. Натиснути кнопку «Налаштування» на основній панелі і встановити параметри вимірювання (датчики: роз’єм 1 відстані; роз’єм 2; магнітного поля +/-10 мТл; частота: 10 вимірювань на секунду; вимірювання: 200 вимірювань).

 Рис. 5.31. Дослідження магнітного поля кілець Гельмгольца

Хід роботи

1. Натиснути кнопку «Старт» на основній панелі.
2. Упродовж 20 секунд повільно переміщувати штатив паралельно до вісі кілець.
3. Графіки B=f(t) і r=f(t) з’являться автоматично (рис. 5.32).
Рис. 5.32. Побудова графіка В = f(r)
4. Обрати пункт меню внизу екрана «Редагування графіка» і призначити відповідність осей: х для r, а у для В. Вигляд залежності В = f(r), яка при цьому отримується, зображено на рис. 5.33.

5. Скористатися курсором для зчитування значення індукції магнітного поля у центрі соленоїда та порівняти його з теоретичним значенням, обчисленим за формулою, наведеною на початку інструкції.
6. Зробити висновки про однорідність магнітного поля.

Додаткові завдання

Скоротити відстань між кільцями на 1–2 см і повторити дослід. Зробити висновки стосовно однорідності магнітного поля між кільцями (рис. 5.33, а). Збільшити відстань між кільцями на 1–2 см (за радіус) і повторіть дослід. Зробити висновки стосовно однорідності магнітного поля між кільцями у цьому випадку (рис. 5.33, б).

          a               б
Рис. 5.33. Вигляд залежності В=f(r) для випадків: а) скорочення відстані між кільцями; б) збільшення відстані між кільцями