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

73918. Кінець світу, який ми знаємо 98 KB
  Вотерса Кінець світу який ми знаємо. Від цього залежить і мислення людей яке радше ґрунтуватиметься на припущенні гетерогенності світу сильної несхожості усіх його частин а не на припущенні про одну світову сім‘ю. Останнє матиме вплив і на дії людей в усіх кінцях світу які ряснітимуть розмаїтістю. Країни обиралися за таким критеріями: Британія – як дуже впливовий член ЄС і як одна з передових країн світу; Україна – порівняння світової ситуації із справа в нашому суспільстві; США – одна з провідних і найвпливовіших країн світу; Індія –...
73920. Підприємець – не обов’язково лідер 196.5 KB
  Вже минуло більш як два з половиною століття з тих часів, як економісти та соціологи почали систематично розглядати діяльність підприємців, але й досі не існує єдиного загальноприйнятого визначення підприємця. Тож чи дивно, що науковці не накреслили і загальноприйнятого образу підприємця.
73921. Гроші – це лише символ, реальна вартість полягає у виробленому товарі 60 KB
  Вартість грошей як товару. Відносна вартість трансакційних грошей. Вартість грошей що нагромаджуються. Подруге критично проанілізувати в чому полягає реальна вартість грошей і якщо у виробленому товарі то чому саме так.
73923. The critique of modern democracy. Alternatives: participatory approach 44 KB
  In modern world we can often here such an expression as “democratical processes”. In general it is used with undoubted positive illumination, promoted like panacea in the field of political organization of the society.
73924. Вартість та оптимізація структури капіталу 111.5 KB
  Капітал є однією з фундаментальних економічних категорій, сутність якої наукова думка досліджує протягом багатьох століть. Серед основних харектеристик, які формують економічну сутність капіталу, слід виділити...
73925. УПРАВЛІННЯ ІНВЕСТИЦІЯМИ 311 KB
  Оцінка ефективності інвестиційних проектів. Тому передусім слід відзначити помилковість віднесення до форм інвестицій реінвестиції які характеризують не об’єкт вкладення капіталу а процес використання доходу отриманого від інвестиційних операцій у процесі реінвестицій згідно з цим же законом інвестиційний доход може бути використано на здійснення як капітальних так і фінансових інвестицій.
73926. Аналіз фінансових звітів 462.5 KB
  Аналіз ліквідності та фінансової стійкості підприємства. Аналіз прибутковості підприємства. При вивченні теми про аналіз фінансових звітів необхідно приділити увагу сутності цілям та задачам аналізу фінансового стану підприємства. Для забезпечення якісного та детального аналізу фінансових звітів необхідно оволодіти загальними концептуальнометодичними принципами підходів і трактовок фінансового стану підприємства.