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

63417. Рынок. Основные проблемы и цели рыночной организации. Функции рынка. Виды рынка 95 KB
  Первоначально рынок рассматривался как базар место рыночной торговли рыночная площадь. Это объясняется тем что появился рынок в период разложения первобытно-общинного общества когда устанавливается более или менее регулярный обмен между общинами.
63419. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CASE–ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БД 630 KB
  Помимо этого представляется весьма важным для любой компании иметь возможность повторного использования уже существующих элементов архитектуры и дизайна а также ранее созданных и скомпонованных программных и системных наработок включая элементы модели и ранее полученный код.
63420. Механизм саморегулирования рынка. Рыночный механизм и его элементы. Спрос. Факторы изменения спроса 151.5 KB
  Система цен в рыночной экономике играет роль основной организующей силы. Цена - это ориентир для продавца (производителя) и покупателя (потребителя). Растет цена - это сигнал к расширению производства, падает - сигнал к сокращению. В цене находят отражение все три подхода к установлению...
63421. Беларусь у пачатку найноўшага часу. Аднаўленне беларускай дзяржаўнасці. Культурнае жыццё беларускага народа у 20-30 гг. 20 стагоддзя 103.5 KB
  Сацыяльна-эканамічнае развіццё Беларусі ў міжваенны перыяд 1919-1939гг. Неузабаве звесткі аб перамозе рэвалюцыі дайшлі да Беларусі тут таксама пачалі стварацца саветы рабочых салдацкіх дэпутатаў а паралельна з імі дзейнічалі органы улады што падпарадкоўваліся Часоваму.
63422. Природные ресурсы и рациональное природопользование. Характеристика природных ресурсов земли. Классификация природных ресурсов. Проблема обеспечения человеческого общества природными ресурсами 55.5 KB
  Характеристика природных ресурсов земли. Классификация природных ресурсов. Характеристика природных ресурсов Земли: Атмосфера наиболее легкая оболочка Земли которая граничит с космическим пространством...
63423. Макроэкономика как раздел экономической науки. Национальная экономика. Предмет и метод макроэкономики. Микро- и макроэкономика 116.5 KB
  Содержание и структура макроэкономики. Макроэкономика является разделом экономической теории в котором исследуется функционирование национальной экономики как единого целого. В данном разделе экономической теории рассматриваются главным образом глобальные проблемы функционирования и развития национальной экономики...
63424. Водные ресурсы и их охрана. Значение воды в хозяйственной деятельности человека. Водоснабжение и водопотребление, классификация воды. Источники загрязнения воды и нерациональное использование водных ресурсов 48.5 KB
  Значение воды в хозяйственной деятельности человека. Водоснабжение и водопотребление классификация воды. Источники загрязнения воды и нерациональное использование водных ресурсов.
63425. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ БД 325.5 KB
  Достигнутый уровень технического развития отдельных ведомственных центров данных принципиально позволяет уже сейчас обеспечить достаточно высокую оперативность доступа пользователей. В связи с растущей сложностью и разнообразием данных представляющих интерес для различных отраслей экономики...