2634

Изучение действия магнитного поля на проводник с током

Лабораторная работа

Физика

Изучение действия магнитного поля на проводник с током Цель работы экспериментальное изучение закона Ампера;  определение  магнитной индукции  в  воздушном  зазоре постоянного магнита. Теоретические осно...

Русский

2012-11-12

66.81 KB

186 чел.

Изучение действия магнитного поля на проводник с током

Цель работы  экспериментальное изучение закона Ампера;  определение  магнитной  индукции  в  воздушном  зазоре  постоянного магнита.

1. Теоретические основы работы

На элемент d проводника с током I, находящегося в магнитном поле с индукцией (рис.1), действует сила d, значение которой определяется законом Ампера:

.            (1)

На прямолинейный проводник длиной b c током I, расположенный перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля действует сила, значение которой находится интегрированием (1) по длине проводника:

,   (2)

где I  сила тока в проводнике; b  длина проводника; B  магнитная индукция.

В технике широко используются приборы, в которых магнитное поле создается в малом кольцевом зазоре 1 постоянными магнитами 2 и 4 (рис. 2). В пределах зазора линии магнитного поля направлены радиально, а значение магнитной индукции зависит только от расстояния до точки О. Если в такое магнитное поле поместить рамку 3 с током I, свободно вращающуюся вокруг оси О, то на нее будет действовать пара сил Ампера.

Момент этих сил относительно оси вращения О зависит от значения магнитной индукции в тех точках пространства, где расположены стороны рамки параллельные оси вращения, от силы тока в рамке, ее геометрических размеров, числа витков  N намотанного на  нее  про вода,

Рис.2. Рамка с током в радиальном магнитном поле

но не зависит от угла поворота рамки:

,            (3)

где М  момент сил  Ампера относительно оси вращения; FA  сила  Ампера;   N  число  витков, a  ширина рамки.

Из (2 ) и (3 )  имеем

,                            (4)

где b  длина рамки.

Если момент сил Ампера М(А), приложенный к рамке 1 (рис. 3), уравновесить моментом силы тяжести mg, действующей на стрелку 2, жестко связанную с рамкой, то значение момента сил Ампера можно определить по углу поворота  рамки, при  котором достигается механическое равновесие:

M(A) = M(mg)                        (5)

         

Рис. 3 Момент силы тяжести уравновешивает момент силы ампера

    Из (4 ) и (5) и рис. 3 следует:

,        (6)

где I  сила тока в рамке,  B  магнитная индукция, a  ширина рамки, b  длина рамки, l  расстояние от центра масс стрелки до оси вращения рамки, m  масса стрелки,  N  число витков рамки,   равновесный угол поворота рамки.

    Из  (6) следует:

,            (7)

2. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка представляет собой амперметр магнитоэлектрической системы, в котором измерительная рамка находится в радиальном поле постоянных магнитов, как это показано на рис. 2. На стрелке прибора, в отсутствие тока занимающей вертикальное положение, закреплена тонкая металличекая трубочка. Измерительная шкала амперметра заменена транспортиром для измерения углов отклонения стрелки.

Для учета методической погрешности, связанной с наличием момента упругих сил My, возникающих в подвеске рамки при ее повороте, необходимо поставить корпус прибора на левую боковую грань и измерить угол  отклонения груза от вертикали. По углу  можно определить коэффициент жесткости подвески k.

Так как Му = k , то при равновесии рамки с грузом момент силы тяжести равен моменту упругих сил:

                                      m g l cos  = k .

Отсюда

k = .

   С учетом момента упругих сил выражение (6) принимает вид

FA a N = m g l sin  + k ,          (8)

а выражение (7)

.                 (9)

Из (2) и (9) получим выражение для расчета магнитной индукции:

      

                                                    (10)

3. Порядок выполнения работы.

1. Заполните табл. 1 спецификации измерительных приборов.

2. Измерьте зависимость угла  отклонения груза (поворота рамки) от силы тока I в рамке:

подключите модуль лабораторной работы  соединительным кабелем к источнику питания. Регулятор напряжения на источнике питания установите в крайнее левое положение;

к нижнему штекерному разъему модуля подсоедините прибор для измерения силы тока в рамке;

произведите измерение силы тока в рамке для  углов отклонения от 5 до 45. Результаты измерений запишите в табл. 2.

выключите электропитание. Положите модуль лабораторной работы на левую боковую грань и измерьте угол  отклонения груза от горизонтали, результат измерений запишите после табл. 2.

Таблица 1

Спецификация измерительных приборов

Название

прибора и его тип

Пределы

измерения

Цена

деления

Инструментальная погрешность

Таблица 2

Зависимость угла отклонения от силы тока в рамке

I, А

FА, Н

4. Обработка результатов измерений

1. По данным табл. 2 рассчитайте по формуле  (9) значения силы Ампера и результаты запишите в ту же таблицу.

2. Постройте график зависимости силы Ампера от силы тока в рамке, проведя через экспериментальные точки прямую, выходящую из начала координат.

3. Используя выражение (2) найдите по тангенсу угла наклона прямой на графике значение магнитной индукции B в воздушном зазоре постоянного магнита.

4. Рассчитайте погрешность измерения  FA  и  В, запишите окончательный результат в стандартной форме.

5. Контрольные вопросы

1. Запишите закон Ампера для силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.

2. Запишите условие равновесия рамки с учетом момента упругих сил.

3. Какова зависимость силы Ампера от силы тока в рамке?

4. Каким образом в данной лабораторной работе можно оценить работу сил Ампера?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16181. Искусство речи на суде. Учебное пособие 1.46 MB
  Искусство речи на суде Пороховщиков П.С. Искусство речи на суде. Тула издательство Автограф 2000 г. Воспроизводится по изданию 1910 г. Главная задача книги это исследование судебного говорения и установление его методов. Книга адресована студентам юридических...
16182. Язык и стиль судебных документов. Учебное пособие 506.5 KB
  Издание второе переработанное и дополненное. Сборник подготовлен Федеральным арбитражным судом СевероЗападного округа при содействии Совета судей Российской Федерации Союза юристов России и финансовой поддержке ФГУП Росэнергоатом. Автор идеи и руководитель пр
16183. История государства и права зарубежных стран. Учебное пособие 1.41 MB
  Попова ИСТОРИЯ ГОСУДАРСТВА И ПРАВА ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН Об авторе Содержание курса Программа курса Введение Вводный раздел Тема 1. ГОСУДАРСТВО И ПРАВО ДРЕВНЕГО ВОСТОКА Тема 2. ГОСУДАРСТВО И ПРАВО ДРЕВНЕЙ ГРЕЦИИ И ДРЕВНЕГО РИМА Тема 3. ФЕОДАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВО В ...
16184. Уголовный закон и его обратная сила. Учебное пособие 375 KB
  Данная работа посвящена вопросам действия уголовного закона во времени. Автор комментирует соответствующие нормы уголовного законодательства ряда зарубежных государств, раскрывает основные положения Уголовного кодекса Российской Федерации о действии уголовного закона во времени и его обратной силе
16185. Международное частное право. Учебное пособие 994.5 KB
  7.93 Рецензент кандидат юридических наук А. М. Сытник Международное частное право высшая математика юриспруденции. Профессор М.М.Богуславский. ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ С недавних пор говорить о невмешательстве в частные дела стало модным. Однако говорит...
16186. Административное право. Учебное пособие 3.13 MB
  Название документа АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРАВО: УЧЕБНИК издание второе переработанное и дополненное под ред. Л.Л. Попова Юристъ 2005 Дата 30.04.2005 Источник публикации Юристъ 2005 Автор КОЗЛОВ Ю.М. ОВСЯНКО Д.М. ПОПОВ Л.Л. Примечание к документу Материал под...
16187. Право и факт в римском праве. Учебное пособие 709.5 KB
  Покровский И.A. Право и факт в римском праве. Киев Типография Императорского университета Св. Владимира Н.Т. КорчакНовицкого 1898 г. Право и факт в римском праве Предисловие Значительная часть предлагаемой работы 1 5 9 была напечатана под заглавием Die actione...
16188. Основные вопросы владения в новом германском уложении. Учебное пособие 140.5 KB
  ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ВЛАДЕНИЯ В НОВОМ ГЕРМАНСКОМ УЛОЖЕНИИ Вестник права. 1899. № 1 И.А. ПОКРОВСКИЙ I. Владение являлось в литературе настоящего столетия одним из самых спорных институтов гражданского права. Несмотря на самую оживленную разработку его в которой приняли...
16189. История римского права. Учебное пособие 2.99 MB
  Покровский И.А. ИСТОРИЯ РИМСКОГО ПРАВА Используется греческий шрифт СОДЕРЖАНИЕ ИОСИФ АЛЕКСЕЕВИЧ ПОКРОВСКИЙ И ИЗУЧЕНИЕ РИМСКОГО ПРАВА В РОССИИ 5 Предисловие к 1му изданию 12 Предисл