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

184 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

35358. Тема: Використовування програми Провідник Мета: придбати уміння і навик роботи з програмою Провідник. 291.5 KB
  1 відкрити вікно теки диска D: і створити в ній скажімо теку Petrenko букви латинські; в левой части окна выбираем диск Д в строке меню выбираем пункт файл создать папку 2 перейменувати теку Petrenko в теку Петренко букви кирилиці; в правой части окна выделяем папку Petrenko в строке меню выбираем пункт файлпереименовать 3 з теки диска D: скопіювати в теку Петренко якийнебудь файл або теку; в правой части окна выбираем необходимый файл выделяем его в строке меню...
35360. Хронический мезотимпанит. Характер нарушения слуха. Расшифровать аудиограмму 14.59 KB
  Мезотимпанит - неизлечиваемое в течение месяца острое гнойное воспаление среднего уха с продолжающимся гноетечением следует расценивать как переход острого воспалительного процесса в хроническую форму.
35361. 70-летие Великой победы. Битва под Москвой 560.5 KB
  познакомить с некоторыми фактами и событиями из истории Великой Отечественной войны; дать возможность ощутить всеобщий эмоционально- чувственный фон того времени; развить умение высказывать свои мысли, объяснять личные чувства, слушать рассуждение одноклассников;
35362. Тема: Установка нового обладнання PlugPly. 308.5 KB
  Различие этих действий состоит в том что в окне Мой компьютер слева открывается: Системнаые папки а в проводнике все папки Переконайтеся що в контекстному меню пункт Відкрити виділений напівжирним шрифтом і зіставте це з тим фактом що саме ця дія виконується за умовчанням. Відкрийте діалогове вікно Властивості папки. На робочому столі двічі клацніть на значку Мій комп'ютер і переконайтеся у тому що вікно Мій комп'ютер відкривається не у вікні папки а в Провіднику. Якщо на Робочому столі є ярлики інших папок переконайтеся...
35363. Тема: Установка нового устаткування PlugPly. 250.5 KB
  Чим є технологія Plug nd Ply Як встановити пристрій не підтримуюче технологію Plug nd Ply Які параметри призначає Windows встановлюваному пристрою Що таке конфлікт пристроїв 1. Установить устройство Plug nd Ply очень просто. Большинство устройств изготовленных после 1995 года используют технологию Plug nd PlyНапример можно пристыковать переносной компьютер к стыковочному узлу и подключиться к сети не изменяя конфигурацию.
35364. Тема: Операційна система Ms Dos. 92 KB
  bk D: exe chi cw.exe D: exe pctools.exe D: exe pctools.hlp D: utoexes.
35366. Система удаленного управления компьютером 764.5 KB
  Компьютерные сети в настоящее время представляют собой сложные комплексы с множеством поддерживаемых протоколов передачи данных и управления, которые интенсивно совершенствуются. Компьютерные сети предоставляют пользователям сервисы, реализуемые в виде сетевых приложений.