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

1020. Особенности синтеза цифрового автомата 249.5 KB
  Таблица кодирования внутренних состояний входных и выходных переменных. Построение комбинационного устройства для формирования управляющих сигналов на входах блока памяти. Построение комбинационного устройства для формирования выходных сигналов автоматов. Минимизация функций алгебры–логики по картам Карно.
1021. Устройство кузова грузового вагона открытого типа 519 KB
  Грузовой вагон предназначен для помещения груза и перевозки грузов на которые не влияют атмосферные осадки.
1022. Выбор офисного оборудования для фирмы 363.5 KB
  Общие сведения о сканерах, их разновидности, технологии сканирования, характеристики и определяющие факторы выбора. Технико-экономический анализ технических и стоимостных характеристик принтеров. Описание выбранного принтера HP OfficeJet Pro K5400dn и расчет эквивалентного процента прибыли
1023. Расчет зоны ТО-1 в автотранспортном предприятии 558.5 KB
  Корректирование периодичности ТО и пробега автомобилей до КР. Расчет годового объема работ по ТО, ТР и самообслуживанию. Техника безопасности и пожарная безопасность, охрана труда, окружающая среда. Распределение рабочих по специальностям, квалификации, рабочим местам. Назначение и область применения приспособления. Подбор технологического оборудования.
1024. Особенности государственного и правового развития Древней Греции 151.5 KB
  Государственный механизм в Древней Греции. Полномочия органов государственной власти. Политически-правовой режим, административно-территориальное устройство, форма правления. Основные реформы в области государственного управления и законодательства.
1025. Построение защищенной информационной системы для учреждения 225.5 KB
  Технико-экономическое обоснование разработки вычислительной сети. Выбор конфигурации вычислительной сети. Проектирование структурной схемы вычислительной сети. Калькуляция затрат на построение сети.
1026. Общие вопросы практической философии 524.5 KB
  Проблема рождения философии. Космоцентризм и основные понятия античной философии. Бог, человек и мир в средневековой христианской философии. Антропоцентризм и гуманизм в философской мысли Возрождения. Система и метод философии Гегеля. П.Я. Чаадаев о российской истории и историософии.
1027. Исследование системы биометрической аутентификации пользователя ПК по клавиатурному почерку 422 KB
  Теоретические принципы построения биометрических систем динамической аутентификации личности по рукописному и клавиатурному почеркам. Получение вектора биометрических параметров при анализе рукописного почерка. Аутентификация пользователя на основе измерения близости образа к биометрическому эталону мерой Хэмминга. Биометрическая аутентификация на основе аддитивной модели сравнения биометрических характеристик пользователей.
1028. Создание и обработка изображений для печатной рекламы средствами программы Corel Draw 573.5 KB
  Краткое описание продукта Corel Draw. Особенности разработки элементов наружной рекламы в пакетах Corel Draw. Состав изображений. Графические объекты. Использование пиксельных изображений в Corel Draw и функция импорт. Перспектива, тени и экструзия. Цветовые палитры и модели цвета.