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

183 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

18833. Валютний ринок і валютні системи 552 KB
  Тема 11: Валютний ринок і валютні системи. Сутність валюти та валютних відносин. Конвертованість валюти. Валютний ринок. Види операцій на валютному ринку. Валютний курс. Валютні системи та валютна політика. Платіжний баланс. Світова валютна система ...
18834. Міжнародні валютно-кредитні установи та форми їх співробітництва з Україною 141.5 KB
  ТЕМА 12 : Міжнародні валютнокредитні установи та форми їх співробітництва з Україною МВФ і його діяльність в Україні 2 Світовий банк 3 Регіональні міжнародні кредитнофінансові інституції 4.Європейськийбанк реконструкції та розвитку 5. Банк міжнарод...
18835. Расчет схемы по постоянному току 146.77 KB
  Расчет схемы по постоянному току. Режим работы схемы по постоянному току определяется элементами: RК RЭ EК EЭ и характеристиками транзистора VT. Запишем уравнения Кирхгофа для выходной цепи: Уравнение 1 представляет собой уравнение прямой которую называют наг...
18836. Расчет по переменному току 269.85 KB
  Расчет по переменному току. Принципиальная схема усилителя имеет вид приведенный на Рис. 3.4.. Рис. 3.4 принципиальная схема усилителя с ОБ. Разделительные конденсаторы СР1 и СР2 нужны для того чтобы: 1 источник входного сигнала и нагрузка не изменяли режим работы тр...
18837. Схема с общей базой 164.86 KB
  Схема с общей базой. При проектировании усилителей на биполярных транзисторах входной переход транзистора всегда включают в прямом направлении а выходной в обратном. На Рис. 3.1 приведена схема усилителя на биполярном транзисторе включенном с общей базой ОБ. Рис. 3...
18838. Расчет по постоянному току 192.58 KB
  Расчет по постоянному току. Режим работы усилителя по постоянному току определяется элементами EК RК RБ и параметрами транзистора VT. Критерии выбора транзистора следующие: по значению граничной частоты усилителя; по предельнодопустимым параметрам UКЭдоп PРас.до
18839. Расчет по переменному току 157.73 KB
  Расчет по переменному току. Для расчету по переменному току необходимо: 1 начало координат на характеристиках транзистора перенести в рабочую точку О по постоянному току. В рабочей точке определить для бесконечно малых приращений параметры транзистора. Наиболее ис
18840. Определение входного сопротивления 79.52 KB
  Определение входного сопротивления Опишем линейную модель усилителя системой уравнений в соответствии с 1 и 2 законами Кирхгофа: Из уравнения 2 определим: и подставим в уравнение 1. Отсюда находим входное сопротивление транзистора. При напряжении колл...
18841. Определение коэффициента усиления по напряжению 225.45 KB
  Определение коэффициента усиления по напряжению Для этого воспользуемся следующей методикой: Рис. 3.10 упрощенная схема замещения усилителя с ОЭ. Предположим что входное и выходное напряжения синфазны пусть по отношению к общей шине распложен как показано на Ри