RU2321895C1

RU2321895C1 - Assembly for studying nonuniform magnetic field

Info

Publication number: RU2321895C1
Application number: RU2006138367/28A
Authority: RU
Inventors: Руслан Алексеевич Белокопытов (RU); Руслан Алексеевич Белокопытов; Валерий Константинович Ковнацкий (RU); Валерий Константинович Ковнацкий
Original assignee: Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-04-10

Abstract

FIELD: educational devices.

SUBSTANCE: assembly has first coil, dc supply, second coil, wooden support onto which first coil is fixed. Transparent casing is fixed onto wooden support. Second coil's dash-pot is mounted onto transparent casing. Sale with marks is mounted onto transparent casing in parallel to axis of first coil. Second coil is provided with position pointer and it is attached onto hard suspension which is placed onto horizontal axis, rotating in openings made in transparent casing. Outputs of second coil are connected with common contacts of first and second poles of first two-pole switch being capable of switching to two positions. First input of first ammeter is connected with contact if first position of first pole of first switch. Motionless contact of first rheostat is connected with second input of first ammeter. Its movable contact is connected with first terminal of dc source. Second terminal of dc source is connected with contact of first position of second pole of first switch. Contacts of second position of first and second poles of first switch are connected with inputs of electromotive force registrar. First input of second ammeter is connected with first input of first coil. Second input of ammeter is connected with motionless contact of second rheostat. Second two-pole switch, which has common contacts of first and second poles connected with second input of first coil and with movable contact of second rheostat. Contacts of first positions of first and second poles are connected with terminals of dc source. Contacts of second positions of first and second poles of second switch are connected with outputs of ac generator.

EFFECT: widened field of study of nonuniform magnetic field.

3 dwg

Description

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений.The invention relates to educational devices and can be used in laboratory practice in higher and secondary special educational institutions at the rate of physics to study and deepen knowledge of physical laws and phenomena.

Известен прибор для демонстрации поведения контура с током в неоднородном магнитном поле (А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1999, с.278, рис.21.13). Прибор содержит короткую катушку, которая состоит из нескольких витков провода, подвешенных на длинной нити вблизи одного из полюсов постоянного магнита. При пропускании тока через катушку она поворачивается вокруг вертикальной оси так, чтобы магнитный момент был одинаково направлен с вектором магнитной индукции, и притягивается к магниту. Однако этот прибор не позволяет снять зависимость градиента

, магнитной индукции B_x и коэффициента взаимоиндукции М от расстояния до постоянного магнита x. А также снять зависимость силы F, действующей на катушку в зависимости от расстояния x, тока в ней и магнитной индукции неоднородного магнитного поля.A device is known for demonstrating the behavior of a circuit with current in an inhomogeneous magnetic field (A. A. Detlaf, B. M. Yavorsky. Physics course. - M.: Higher School, 1999, p. 278, Fig. 21.13). The device contains a short coil, which consists of several turns of wire suspended on a long thread near one of the poles of a permanent magnet. When current is passed through the coil, it rotates around a vertical axis so that the magnetic moment is equally directed with the magnetic induction vector, and is attracted to the magnet. However, this device does not allow to remove the dependence of the gradient

, magnetic induction B _x and the mutual induction coefficient M from the distance to the permanent magnet x. And also remove the dependence of the force F acting on the coil depending on the distance x, the current in it and the magnetic induction of an inhomogeneous magnetic field.

Известен также учебный прибор (RU патент №2133505, 20.07.99. Бюл. 20. Автор: Ковнацкий В.К.), содержащий длинный соленоид, который может создать в его торцах как переменное, так и постоянное неоднородное магнитное поле. Однако на нем также нельзя получить зависимости

, B_x=f(x), M=f(x) и F=f(x).A training device is also known (RU patent No. 213505, July 20, 1999. Bull. 20. Author: V. Kovnatsky) containing a long solenoid that can create both an alternating and a constant inhomogeneous magnetic field at its ends. However, it is also impossible to obtain dependencies on it.

, B _x = f (x), M = f (x) and F = f (x).

Наиболее близкой к предлагаемой установке для исследования неоднородного магнитного поля является прибор Эйхенвальда для демонстрации взаимодействия двух катушек (Д.Д.Галанин и др. Физический эксперимент в школе, т.4. Электричество, вторая часть. - М.: Учпедгиз, 1954, с.125, рис.239) (фиг.4). Он состоит из деревянной подставки, на которой установлена первая катушка (А). Рядом, на длинном, гибком шнуре, подвешена другая катушка (В). При пропускании от источника постоянного тока через обе катушки тока можно продемонстрировать притягивание второй катушки к первой, т.е. наличие неоднородного магнитного поля. Однако данный прибор также не позволяет снять зависимости

, B_x=f(x), М=f(x) и F=f(x).Closest to the proposed installation for studying an inhomogeneous magnetic field is the Eichenwald instrument for demonstrating the interaction of two coils (D. D. Galanin and others. Physical experiment at school, vol. 4. Electricity, second part. - M .: Uchpedgiz, 1954, p. .125, Fig. 239) (Fig. 4). It consists of a wooden stand on which the first coil (A) is mounted. Next, on a long, flexible cord, another coil (B) is suspended. When passing from a DC source through both current coils, one can demonstrate the attraction of the second coil to the first, i.e. the presence of an inhomogeneous magnetic field. However, this device also does not allow you to remove dependencies

, B _x = f (x), M = f (x) and F = f (x).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного прибора. Эта цель достигается тем, что в него введены: прозрачный футляр, закрепленный на деревянной подставке; шкала с делениями, расположенная параллельно оси первой катушки и закрепленная на прозрачном футляре; указатель положения, расположенный на второй катушке; горизонтальная ось, установленная перпендикулярно осям катушек, и может вращаться в отверстиях, сделанных в прозрачном футляре; жесткий проводящий подвес, один конец которого неподвижно закреплен на второй катушке, а другой конец также неподвижно соединен с горизонтальной осью; успокоитель колебаний второй катушки, установленный на прозрачном футляре; первый переключатель двухполюсный на два положения, общие контакты первого и второго полюсов которого соединены с выводами второй катушки; первый амперметр, первый ввод которого соединен с контактом первого положения первого полюса первого переключателя; первый реостат, неподвижный контакт которого соединен со вторым вводом амперметра, а подвижный контакт его соединен с первой клеммой источника постоянного тока, при этом вторая клемма источника постоянного тока соединена с контактом первого положения второго полюса первого переключателя; регистратор ЭДС, вводы которого соединены с контактами второго положения первого и второго полюсов первого переключателя; второй амперметр, первый ввод которого соединен с первым вводом первой катушки; второй реостат, неподвижный контакт которого соединен со вторым вводом второго амперметра; второй переключатель двухполюсный на два положения, общие контакты первого и второго полюсов которого соответственно соединены со вторым вводом первой катушки и подвижным контактом второго реостата, а контакты первых положений первого и второго полюсов соединены с клеммами источника постоянного тока; генератор переменного тока, выводы которого соединены с контактами вторых положений первого и второго полюсов второго переключателя.The aim of the invention is to expand the functionality of the known device. This goal is achieved by the following: a transparent case fixed on a wooden stand; a scale with divisions located parallel to the axis of the first coil and mounted on a transparent case; a position indicator located on the second coil; a horizontal axis mounted perpendicular to the axes of the coils, and can rotate in holes made in a transparent case; a rigid conductive suspension, one end of which is fixedly mounted on the second coil, and the other end is also fixedly connected to the horizontal axis; a vibration damper of the second coil mounted on a transparent case; the first bipolar switch into two positions, the common contacts of the first and second poles of which are connected to the terminals of the second coil; a first ammeter, the first input of which is connected to the contact of the first position of the first pole of the first switch; the first rheostat, the fixed contact of which is connected to the second input of the ammeter, and its movable contact is connected to the first terminal of the DC source, while the second terminal of the DC source is connected to the contact of the first position of the second pole of the first switch; EMF recorder, the inputs of which are connected to the contacts of the second position of the first and second poles of the first switch; a second ammeter, the first input of which is connected to the first input of the first coil; a second rheostat, the fixed contact of which is connected to the second input of the second ammeter; the second two-pole switch into two positions, the common contacts of the first and second poles of which are respectively connected to the second input of the first coil and the movable contact of the second rheostat, and the contacts of the first positions of the first and second poles are connected to the terminals of the DC source; an alternating current generator, the terminals of which are connected to the contacts of the second positions of the first and second poles of the second switch.

На фиг.1 и 2 представлены чертежи, поясняющие принцип работы предлагаемой установки. На фиг.3 изображен общий вид этой установки, а на фиг.4 - прототип.In figures 1 and 2 presents drawings explaining the principle of operation of the proposed installation. Figure 3 shows a General view of this installation, and figure 4 is a prototype.

Предлагаемая установка для исследования неоднородного магнитного поля содержит: 1 - первая катушка, 2 - деревянная подставка, 3 - вторая катушка, 4 - жесткий проводящей подвес, 5 - горизонтальная ось, 6 - прозрачный футляр, 7 - шкала с делениями, 8 - указатель положения, 9 - успокоитель колебаний, 10 - первый переключатель двухполюсный на два положения, 11 - второй переключатель двухполюсный на два положения, 12 - источник постоянного тока, 13 - первый реостат, 14 - первый амперметр, 15 - второй реостат, 16 - второй амперметр, 17 - регистратор ЭДС, 18 - генератор переменного токаThe proposed installation for studying an inhomogeneous magnetic field contains: 1 - the first coil, 2 - a wooden stand, 3 - a second coil, 4 - a hard conductive suspension, 5 - a horizontal axis, 6 - a transparent case, 7 - a scale with divisions, 8 - position indicator , 9 - vibration damper, 10 - first two-pole switch to two positions, 11 - second two-pole switch to two positions, 12 - direct current source, 13 - first rheostat, 14 - first ammeter, 15 - second rheostat, 16 - second ammeter, 17 - EMF recorder, 18 - alternator Nogo current

Неоднородное осесимметричное магнитное поле можно получить на оси кругового тока I₀, т.е. тока, текущего по проводнику, имеющему форму окружности радиуса R. На фиг.1 изображены силовые линии магнитной индукции

в плоскости zOx, перпендикулярной плоскости кругового тока, расположенного на расстоянии A от начала координат. Ось x является осью симметрии магнитного поля. Контур с током I₀ расположен так, что его центр оказался на оси x.A non-uniform axisymmetric magnetic field can be obtained on the axis of circular current I ₀ , i.e. current flowing along a conductor having the shape of a circle of radius R. Figure 1 shows the lines of magnetic induction

in the zOx plane perpendicular to the circular current plane located at a distance A from the origin. The x axis is the axis of symmetry of the magnetic field. The circuit with current I ₀ is located so that its center is on the x axis.

Поместим другой плоский круговой контур радиуса r с током I в неоднородное осесимметричное магнитное поле, создаваемое током I₀(фиг.1). Контур расположим так, чтобы его центр оказался на оси x, а магнитный момент контура

был ориентирован по полю (фиг.1).We place another flat circular contour of radius r with current I in a non-uniform axisymmetric magnetic field created by current I ₀ (Fig. 1). We arrange the contour so that its center is on the x axis, and the magnetic moment of the contour

was oriented along the field (figure 1).

Сила Ампера

действующая на элемент контура

(фиг.1), перпендикулярна к вектору магнитной индукции

, т.е. к линии магнитной индукции в месте пересечения ее с

. Составляющая этой силы

параллельная витку, создаст усилие, растягивающее виток. Составляющая же

перпендикулярна к плоскости витка, перемещает виток в магнитном поле.Ampere Force

acting on a contour element

(figure 1), perpendicular to the magnetic induction vector

, i.e. to the line of magnetic induction at the point where it intersects with

. Component of this force

parallel to the turn, will create an effort stretching the turn. Constituent

perpendicular to the plane of the coil, moves the coil in a magnetic field.

Приложенные к разным элементам контура силы

образуют симметричный конический веер. Результирующая сила

направлена в сторону возрастания

и, следовательно, втягивает контур в область более сильного поля. Чем быстрее изменяется поле (чем больше

), тем меньше угол раствора веера и тем больше, при прочих равных условиях, результирующая силаApplied to different elements of the contour of the force

form a symmetrical conical fan. Net power

directed upwards

and, therefore, draws the contour into the region of a stronger field. The faster the field changes (the larger

), the smaller the angle of the fan’s solution and the more, all other things being equal, the resulting force

где интегрирование проводится по всему замкнутому контуру L с током I.where integration is carried out over the entire closed loop L with current I.

Будем предполагать, что поле в основном изменяется в направлении оси x, а в других направлениях оно будет изменяется слабо. Тогда можно считать, что проекция вектора

на ось x будет определяться следующим выражением:We will assume that the field mainly changes in the direction of the x axis, and in other directions it will change slightly. Then we can assume that the projection of the vector

on the x axis will be determined by the following expression:

где

- величина, определяющая быстроту изменения B_x вдоль оси x, она называется градиентом B_x вдоль оси x; P_m - модуль вектора магнитного момента контура с током I. Из выражения (1) следует, что показатель неоднородности магнитного поля вдоль оси Ox может быть найден по формулеWhere

- a value that determines the rate of change of B _x along the x axis, it is called the gradient of B _x along the x axis; P _m is the absolute value of the magnetic moment vector of the circuit with current I. It follows from expression (1) that the magnetic field inhomogeneity index along the Ox axis can be found by the formula

Формула (2) позволяет оценить степень неоднородности магнитного поля на основе измерения силы F.Formula (2) allows us to estimate the degree of heterogeneity of the magnetic field based on the measurement of the force F.

Для уменьшения величины токов I₀ и I, потребляемых от источника тока, круговой контур, создающий магнитное поле, заменяем на первую катушку ПК, содержащую N₀ витков, а круговой контур, перемещающийся в магнитном поле ПК, заменяем на вторую катушку ВК, содержащую N витков. Магнитный момент второй катушки ВК с током I в этом случаеTo reduce the magnitude of the currents I ₀ and I consumed from the current source, we replace the circular circuit creating a magnetic field with the first PC coil containing N ₀ turns, and replace the circular circuit moving in the PC magnetic field with a second VK coil containing N turns. The magnetic moment of the second VK coil with current I in this case

Рассмотрим, каким образом определяется сила F, стремящаяся переместить вторую катушку ВК в неоднородном магнитном поле, создаваемом первой катушкой ПК. Для этого катушку ВК закрепляем на жестком подвесе l (фиг.2). Размеры катушки много меньше длины подвеса l, а масса ее m много больше массы подвеса. Это значит, что катушку ВК на подвесе можно рассматривать как математический маятник. На катушку ВК действует сила

, стремящая переместить ее в неоднородном магнитном поле. Кроме того, на нее действует сила тяжести

и сила натяжения подвеса

(фиг.2). Подвес отклоняется от вертикали до тех пор, пока все силы, действующие на катушку ВК, не уравновешивают друг друга. Запишем условие равновесия для катушки ВК:

или

. Проекция последнего уравнения на ось x имеет вид F=F_p=mgtgα. Учитывая, что x<<l (угол отклонения α мал), это выражение можно записать в другом видеLet us consider how the force F is determined, which tends to move the second VK coil in an inhomogeneous magnetic field created by the first PC coil. For this, we fix the VK coil on a rigid suspension l (Fig. 2). The coil dimensions are much smaller than the suspension length l, and its mass m is much larger than the suspension mass. This means that the VK coil on the suspension can be considered as a mathematical pendulum. The force acts on the VK coil

seeking to move it in an inhomogeneous magnetic field. In addition, gravity acts on it.

and suspension tension

(figure 2). The suspension deviates from the vertical until all the forces acting on the VK coil balance each other. We write the equilibrium condition for the VK coil:

or

. The projection of the last equation on the x axis has the form F = F _p = mgtgα. Given that x << l (the deviation angle α is small), this expression can be written in another form

Учитывая выражения (2), (3) и (4), получим окончательную формулу для определения градиента магнитной индукции B_x вдоль оси x.Given the expressions (2), (3) and (4), we obtain the final formula for determining the magnetic flux density gradient B _x along the x axis.

Если через первую катушку ПК пропустить переменный ток с частотой ν, то в окрестности ее будет создано переменное магнитное поле, магнитная индукция которого в любой точке оси x будет B_x. Во второй катушке ВК будет наводиться действующее значение ЭДС электромагнитной индукции ε, по которой можно рассчитать величину магнитной индукции B_x:If an alternating current with a frequency ν is passed through the first PC coil, then an alternating magnetic field will be created in its vicinity, the magnetic induction of which at any point on the x axis will be B _x . In the second VK coil, the effective value of the EMF of electromagnetic induction ε will be induced, from which the magnitude of the magnetic induction B _x can be calculated:

где

- постоянный коэффициент, значение которого указано на лабораторной установке.Where

- a constant coefficient, the value of which is indicated on the laboratory setup.

По измененной ЭДС ε можно также рассчитать коэффициент взаимной индуктивности между второй и первой катушками по формулеUsing the changed emf ε, we can also calculate the mutual inductance coefficient between the second and first coils by the formula

где

- постоянный коэффициент, значение которого также указано на лабораторной установке.Where

- a constant coefficient, the value of which is also indicated on the laboratory setup.

Перемещая вторую катушку ВК относительно первой катушки ПК вдоль оси x можно снять зависимости B_x=f(x) и М=f(x).By moving the second VK coil relative to the first PC coil along the x axis, the dependences B _x = f (x) and M = f (x) can be removed.

Схема предлагаемой лабораторной установки представлена на фиг.3. Она содержит первую катушку 1, которая создает осесимметричное неоднородное магнитное поле и установлена на деревянной подставке 2. В неоднородном поле располагается вторая катушка 3, ось которой совпадает с осью первой катушки 1. Вторая катушка 3 закреплена к одному из концов жесткого проводящего подвеса 4, другой конец которого закреплен к горизонтальной оси 5, которая вращается в отверстиях, сделанных в прозрачном футляре 6. В процессе работы вторая катушка 3 отклоняется в сторону первой катушки 1 и для определения ее положения введена шкала с делениями 7, а на второй катушке 3 установлен указатель положения 8. Для устранения нежелательных колебаний второй катушки 3, а также для установки ее в нужную точку неоднородного магнитного поля в установку введен успокоитель колебаний 9, закрепленный на прозрачном футляре 6.The scheme of the proposed laboratory installation is presented in figure 3. It contains the first coil 1, which creates an axisymmetric inhomogeneous magnetic field and is mounted on a wooden stand 2. In the inhomogeneous field there is a second coil 3, the axis of which coincides with the axis of the first coil 1. The second coil 3 is fixed to one end of the hard conductive suspension 4, the other the end of which is fixed to the horizontal axis 5, which rotates in the holes made in the transparent case 6. In the process, the second coil 3 is deflected towards the first coil 1 and a scale is introduced to determine its position 7 and graduated, and a second coil 3 installed position indicator 8. To eliminate unwanted oscillations of the second coil 3, as well as to set it to the desired point of the inhomogeneous magnetic field in the installation introduced oscillation damper 9 mounted on a transparent case 6.

Для выбора режима работы лабораторной установки применяем первый 10 и второй 11 переключатели двухполюсные на два положения, которые переключаются одновременно. В первом, левом положении «

» переключателей 10 и 11 определяется зависимость скорости изменения магнитной индукции

, а также силы F, действующей на вторую катушку 3 в зависимости от координаты x, при различных величинах тока I в первой катушке 1 и тока I₀ во второй катушке 3 (магнитной индукции неоднородного магнитного поля). В этом случае к источнику постоянного тока 12 подключаются вторая катушка 3 и первая катушка 1. Через вторую катушку 3, содержащую N витков, протекает ток I, который регулируется первым реостатом 13 и измеряется первым амперметром 14. Ток через вторую катушку 3 протекает по цепи: от первой, плюсовой клеммы источника постоянного тока 12, первой реостат 13, первый амперметр 14, контакт первого положения первого полюса и общий контакт первого полюса первого переключателя двухполюсного на два положения 10, вторую катушку 3, общий контакт второго полюса и контакт первого положения второго полюса первого переключателя 10, на вторую минусовую клемму источника постоянного тока 12.To select the operating mode of the laboratory setup, we use the first 10 and second 11 bipolar switches to two positions that switch simultaneously. In the first, left position "

"Switches 10 and 11 determines the dependence of the rate of change of magnetic induction

as well as the force F acting on the second coil 3, depending on the x coordinate, for different values of current I in the first coil 1 and current I ₀ in the second coil 3 (magnetic induction of an inhomogeneous magnetic field). In this case, the second coil 3 and the first coil 1 are connected to the DC source 12. A current I flows through the second coil 3, containing N turns, which is regulated by the first rheostat 13 and measured by the first ammeter 14. The current through the second coil 3 flows through the circuit: from the first, positive terminal of the DC source 12, the first rheostat 13, the first ammeter 14, the contact of the first position of the first pole and the common contact of the first pole of the first bipolar switch to two positions 10, the second coil 3, the common contact of the second pole and to contact the first position of the second pole of the first switch 10, to the second negative terminal of the DC source 12.

Первым реостатом 13 меняем величину тока I, протекающего через вторую катушку 3, соответственно меняется сила, с которой вторая катушка 3 втягивается в область более сильного магнитного поля первой катушки 1. Указатель положения 8 показывает отклонение второй катушки 3 по шкале с делениями 7. По величине отклонения малой катушки x и по величине тока I, измеряемого первым амперметром 14, определяем зависимость

от x по формуле (5) и зависимость F=f(x) по формуле (4). Через первую катушку 1, содержащую N₀ витков, протекает от источника постоянного тока 12 ток I₀, который регулируется вторым реостатом 15 и контролируется вторым амперметром 16. Ток через первую катушку 1 протекает по цепи: от первой, плюсовой клеммы источника постоянного тока 12, контакт первого положения первого полюса и общий контакт первого полюса второго переключателя двухполюсного на два положения 11, первую катушку 1, второй амперметр 16, второй реостат 15, общий контакт второго полюса и контакт первого положения второго полюса второго переключателя 11, на вторую, минусовую клемму источника постоянного тока 12. По полученным данным строятся зависимости

и F=f(х).The first rheostat 13 changes the magnitude of the current I flowing through the second coil 3, respectively, changes the force with which the second coil 3 is drawn into the region of the stronger magnetic field of the first coil 1. Position indicator 8 shows the deviation of the second coil 3 on a scale with divisions 7. In magnitude the deviation of the small coil x and the magnitude of the current I, measured by the first ammeter 14, we determine the dependence

on x by formula (5) and the dependence F = f (x) by formula (4). Through the first coil 1, containing N ₀ turns, current I ₀ flows from the DC source 12, which is regulated by the second rheostat 15 and controlled by the second ammeter 16. The current through the first coil 1 flows through the circuit: from the first, positive terminal of the DC source 12, the contact of the first position of the first pole and the common contact of the first pole of the second bipolar switch into two positions 11, the first coil 1, the second ammeter 16, the second rheostat 15, the common contact of the second pole and the contact of the first position of the second pole of the second lyuchatelya 11, to a second, negative terminal of DC source 12. The data obtained are constructed depending

and F = f (x).

Во втором, правом положении «B_x» переключателей 10 и 11 определяется зависимость магнитной индукции B_x и коэффициента взаимной индуктивности М между катушками 1 и 3 в зависимости от координаты x. В этом положении вторая катушка 3 с помощью переключателя 10 подключается к регистратору ЭДС 17, который измеряет ЭДС ε, а первая катушка 1 с помощью переключателя 11 подключается к генератору переменного тока 18. В первой катушке 1 протекает переменный ток и создает в ней переменное магнитное поле. Переменный ток через первую катушку 1 протекает, например, в какой-то полупериод по цепи: первый, левый вывод генератора переменного тока 18, контакт второго положения первого полюса и общий контакт первого полюса второго переключателя двухполюсного на два положения 11, первая катушка 1, второй амперметр 16, второй реостат 15, общий контакт второго полюса и контакт второго положения второго полюса второго переключателя 11, второй, правый вывод генератора переменного тока 18.In the second, right position “B _x ” of the switches 10 and 11, the dependence of the magnetic induction B _x and the mutual inductance coefficient M between the coils 1 and 3 is determined depending on the x coordinate. In this position, the second coil 3 is connected to the EMF recorder 17 with the switch 10, which measures the EMF ε, and the first coil 1 is connected to the alternator 18 using the switch 11. An alternating current flows in the first coil 1 and creates an alternating magnetic field in it . Alternating current through the first coil 1 flows, for example, in some half-cycle along the circuit: the first, left terminal of the alternator 18, the contact of the second position of the first pole and the common contact of the first pole of the second two-pole switch to two positions 11, the first coil 1, the second ammeter 16, second rheostat 15, common contact of the second pole and contact of the second position of the second pole of the second switch 11, second, right terminal of the alternator 18.

Во втором положении переключателя 10 регистратор ЭДС 17 находится в замкнутой цепи: левый ввод регистратора ЭДС 17, контакт второго положения первого полюса и общий контакт первого полюса первого переключателя 10, вторая катушка 3, общий контакт второго полюса и контакт второго положения второго полюса первого переключателя, правый ввод регистратора ЭДС 17.In the second position of the switch 10, the EMF recorder 17 is in a closed circuit: the left input of the EMF recorder 17, the contact of the second position of the first pole and the common contact of the first pole of the first switch 10, the second coil 3, the common contact of the second pole and the contact of the second position of the second pole of the first switch, right input of the EMF recorder 17.

С помощью успокоителя колебаний 9 устанавливаем вторую катушку 3 в соответствующую точку переменного магнитного поля, создаваемого первой катушкой 1. Значение координаты x фиксирует указатель положения 8 на шкале с делениями 7. Во второй катушке 3 наводится ЭДС электромагнитной индукции ε, которая измеряется регистратором ЭДС 17 и по которой рассчитывается магнитная индукция B_x и коэффициент взаимной индукции М соответственно по формулам (6) и (7). По полученным данным строятся зависимости B_x=f(x) и М=f(x).Using the vibration damper 9, we install the second coil 3 at the corresponding point of the alternating magnetic field created by the first coil 1. The value of the coordinate x fixes the position indicator 8 on the scale with divisions 7. In the second coil 3, the EMF of electromagnetic induction ε, which is measured by the EMF recorder 17, by which the magnetic induction B _x and the mutual induction coefficient M are calculated according to formulas (6) and (7), respectively. According to the data obtained, the dependences B _x = f (x) and M = f (x) are constructed.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки заключается в том, что она обеспечивает повышение качества усвоения основных законов и явлений физики обучающимися.The technical and economic efficiency of the proposed installation is that it provides an improvement in the quality of assimilation of the basic laws and phenomena of physics by students.

Предлагаемая установка реализована на кафедре физики и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по магнетизму.The proposed installation is implemented at the Department of Physics and is used in the educational process in laboratory studies on magnetism.

Claims

An apparatus for studying an inhomogeneous magnetic field, comprising a first coil, a direct current source, a second coil, a wooden stand, on which a first coil is mounted, the axis of which is parallel to the wooden stand and coincides with the axis of the second coil, characterized in that a transparent case fixed therein is inserted on a wooden stand, a scale with divisions located parallel to the axis of the first coil and mounted on a transparent case, a position indicator located on the second coil, horizontal axis, set Installed perpendicular to the axes of the coils and can rotate in holes made in a transparent case, a rigid conductive suspension, one end of which is fixedly mounted on the second coil, and the other end is also fixedly connected to the horizontal axis, a vibration damper of the second coil mounted on a transparent case, the first switch bipolar into two positions, the common contacts of the first and second poles of which are connected to the terminals of the second coil, the first ammeter, the first input of which is connected to the contact of the first position of the first pole of the first switch, the first rheostat, the fixed contact of which is connected to the second input of the ammeter, and its movable contact is connected to the first terminal of the DC source, while the second terminal of the DC source is connected to the contact of the first position of the second pole of the first switch, EMF recorder, the inputs of which are connected to the contacts of the second position of the first and second poles of the first switch, the second ammeter, the first input of which is connected to the first input of the first coil, A second rheostat, the fixed contact of which is connected to the second input of the second ammeter, the second bipolar switch into two positions, the common contacts of the first and second poles of which are respectively connected to the second input of the first coil and the movable contact of the second rheostat, and the contacts of the first positions of the first and second poles are connected to terminals of a direct current source, an alternator, the terminals of which are connected to the contacts of the second positions of the first and second poles of the second switch.