Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках
Мы помогаем студентам с дипломными, курсовыми, контрольными Узнать стоимость

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках

    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. 

    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.

    измерение 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.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,6 из 5 (5 голосов)