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

189 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

27957. Бихевиоризм и его значение в изучении поведения. Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации 26.75 KB
  Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации. Тогда здесь справедливы все требования предъявляемые к психологу работающему в области развития организации: психолог проектирует ситуацию в школе с целью обеспечить оптимальное выполнение ею своих функций. Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации. САМООБУЧАЮЩАЯСЯ ОРГАНИЗАЦИЯ термин используемый в организационной теории для обозначения: 1 одной из моделей организации...
27958. Целостный подход в психологии. Основные направления современных социально-психологических прикладных исследований 21.38 KB
  ЦЕЛОСТНЫЙ ПОДХОД в психологии — совокупность принципов изучения психики, сознания и поведения как целостных феноменов. Разрабатывался с начала XX в., главным образом в школах целостной психологии, как антитеза господствовавшему ранее в психологической науке элементаристскому подходу (признает первичность элементов (частей) над целым, источник развития объектов
27959. Наблюдение и эксперимент. Классификация видов наблюдения и эксперимента 30.91 KB
  Эмпирические и теоретические предпосылки возникновения социальной психологии. Так в дифференциальной психологии и психологии личности эмпирические зависимости большей частью имеют статус корреляций т. в психологии заключается в том что исследователь зачастую оказывается включенным в ситуацию общения с обследуемым лицом испытуемым и может невольно повлиять на его поведение. Эмпирические и теоретические предпосылки возникновения социальной психологии.
27960. Деятельность, действие, операции. Комплекс возможностей образовательной среды как интегративный критерий её качества 24.13 KB
  Леонтьев Основные положения теории деятельности 1.Действия человека предметны; они реализуют социальные производственные и культурные цели принцип предметности человеческой деятельности и принцип ее социальной обусловленности. Психологическая теория деятельности начала разрабатываться в 20х начале 30х гг. Но главное состояло в том что авторы теории деятельности взяли на вооружение философию диалектического материализма теорию К.
27961. Соотношение внешней и внутренней деятельности 20.64 KB
  Соотношение внешней и внутренней деятельности. Интериоризацией называют как известно переход в результате которого внешние по своей форме процессы с внешними же вещественными предметами преобразуются в процессы протекающие в умственном плане в плане сознания; при этом они подвергаются специфической трансформации обобщаются вербализуются сокращаются и главное становятся способными к дальнейшему развитию которое переходит границы возможностей...
27962. Этапы развития психики в филогенезе: сенсорная психика, перцептивная психика, стадия интеллекта 26.14 KB
  Этапы развития психики в филогенезе: сенсорная психика перцептивная психика стадия интеллекта. Проблема возникновения психики в эволюции. С самого начала существует устойчивая связь психики ребёнка и психики матери.
27963. Функции и эмпирические характеристики сознания 344.54 KB
  Роль референтной группы в процессе социализации на различных онтогенетических этапах становления личности. Роль референтной группы в процессе социализации на различных онтогенетических этапах становления личности. Данная группа стандарт система отсчета для оценки себя и других служит ориентиром на разных этапах социализации ребёнка. В начале 70х годов ролевая концепция социализации функциональный подход которую отстаивают и активно развивают представители так называемой гуманитарной педагогики : Р.
27964. Системный подход к решению психофизиологической проблемы 26.99 KB
  идеи о функциональном единстве мозга и его связи с поведением и психикой начали возникать более 100 лет назад. В конце прошлого века в основном в русле клинической неврологии стали высказываться идеи о единстве функционирования частей мозга и связи этого единства с умственными возможностями человека. Он стойко придерживался взгляда что в коре мозга нет такого поля которое бы не принимало участия в осуществлении интеллектуальных функций [2]. Микросистемы сопоставимы с отдельными структурными образованиями мозга.
27965. Краткая история проблемы мозговой локализации психических функций 26.04 KB
  Краткая история проблемы мозговой локализации психических функций. Центральная проблема нейропсихологии проблема локализации высших психических функций связана с решением вопроса о том какова мозговая география различных психических функций и как исследуя нарушения психических функций при повреждениях мозга установить их причину и локализацию в головном мозге. Такое определение позволяет сформулировать центральные вопросы нейропсихологии: 1 теоретический в соответствии с какими принципами и как размещаются в мозге человека...