Лабораторная работа "Определение магнитной индукции постоянного магнита"
Теоретический материал. Если к полюсу магнита площадью поперечного сечения S поднести якорь из мягкой стали, то он притянется к магниту. Максимальная сила F, которую нужно приложить к якорю, чтобы оторвать от полюса магнита, называется подъемной силой магнита. Работа этой силы на бесконечно малом отрезке пути Δx равна A = F · Δx. В то же время эта работа равна изменению энергии магнитного поля, которую определяют по формуле w 0 = W M V = B 2 2 μ 0 μ . Эта формула плотности энергии магнитного поля получена английским физиком Дж. Максвеллом, она не доказывается теоретически, а лишь подтверждается опытами. Плотность энергии магнитного поля — это энергия, приходящаяся на единицу объема. Для воздуха μ ≈ 1, поэтому w 0 = B 2 2 μ 0 , где μ0 = 1,26 · 10−6 Гн/м (магнитная постоянная). Если к полюсу магнита с площадью поперечного сечения S поднести якорь из мягкой стали, то он притянется к нему. Для отрыва якоря необходимо совершить работу A = F · Δx. В то же время эта работа равна изменению энергии магнитного поля A = ΔWM, т. е. энергии, заключенной в объеме ΔV = S · Δx. Так как A = ΔWM, то F · Δx = w0 · ΔV, или F⋅Δx= B 2 2 μ 0 ⋅ΔV= B 2 SΔx 2 μ 0 , отсюда B= μ 0 F S . Из анализа последней формулы следует, что для определения магнитной индукции необходимо измерить подъемную силу магнита и площадь поперечного сечения его полюса. Цель работы: определить магнитную индукцию постоянного магнита. Приботы и материалы: Поршень шприца с магнитом (рис. 119), динамометр, кнопка канцелярская. Указания к работе: 1. Положите поршень шприца с одной приклеенной магнитной шайбой на стол и приблизьте якорь. Якорем является канцелярская железная кнопка, острие которой загнуто вовнутрь и под него подведена замнутая нить. Якорь притягивается (рис. 119).
Рис. 119
2. К свободной петле нити прицепите лабораторный динамометр и, удерживая одной рукой поршень, другой приведите в медленное движение динамометр. При этом постоянно следите за показаниями динамометра. В момент отрыва якоря зафиксируйте показания динамометра. Поскольку якорь не всегда отрывается при одних и тех же показаниях динамометра, то опыт повторите несколько раз, а затем найдите среднее значение. 3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 42.
