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

12188. ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ЗЛИВКІВ СПОКІЙНОЇ, КИПЛЯЧОЇ ТА НАПІВСПОКІЙНОЇ СТАЛЕЙ 797.5 KB
  ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ЗЛИВКІВ СПОКІЙНОЇ КИПЛЯЧОЇ ТА НАПІВСПОКІЙНОЇ СТАЛЕЙ Особливості побудови зливка спокійної сталі Звичайна структура зливка спокійної сталі рис. 7.1 характеризується наступними основними зонами. Зона 1. Тонкий поверхневий шар що утвор
12189. ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ВУГЛЕЦЮ В СТАЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ КАРБОМЕТРУ ALPHA 1.03 MB
  ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ВУГЛЕЦЮ в СТАЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ карбометру ALPHA Ціль роботи: вивчити методи контролю вмісту вуглецю в сталі; освоїти один з фізичних методів визначення вуглецю в сталі. Теоретичне введення Перед проведенням лабораторної роботи студент зобовя
12190. ХРОНОМЕТРАЖ ПЛАВКИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМУ АГРЕГАТІ 31.5 KB
  ХРОНОМЕТРАЖ ПЛАВКИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМУ АГРЕГАТІ Мета роботи: 1. Вивчити конструкцію сталеплавильного агрегату. 2. Ознайомитись з організацією робіт сталеплавильного агрегату. 3. Вивчити технологію плавки в сталеплавильному агрегаті. Перед проведенням ла...
12191. Определение порядка реакции по мурексиду и ката¬лизатору (кислоте) 282.69 KB
  Цель работы: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору кислоте; определение константы диссоциации слабой кислоты путем кинетических измерений. Схема установки Рис. 1. Общий вид прибора где 1 узел светофильтров 2 узел кюветодержателя 3 и
12192. Ознакомиться с оптическим методом изучения кинетики реакции; определить порядок реакции по сахару к катализатору 151 KB
  Цель работы: ознакомиться с оптическим методом изучения кинетики реакции; определить порядок реакции по сахару к катализатору; определить среднюю константу скорости. Схема установки Рис. 1. Схема поляриметра где 1 источник света 2 светофильтр 34 поляр
12193. Определить частные и общий кинетический порядок реакции 31.15 KB
  Цель работы: определить частные и общий кинетический порядок реакции Fe3I→Fe2I Рабочие формулы где: n1 частный порядок реакции по ионам железа n2 частный порядок реакции по йодидионам где: n общий порядок реакции. Таблица 1 Экспериментальны
12194. Установить зависимость удельной и эквивалентной электропроводности электролита от концентрации и температуры 29 KB
  Цель работы: установить зависимость удельной и эквивалентной электропроводности электролита от концентрации и температуры. Рабочие формулы где: k постоянная сосуда RKCl сопротивление раствора KCl ‒ удельная электропроводность раствора KCl ...
12195. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКОЛ 89.5 KB
  PAGE 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКОЛ Определение показателя преломления стекол: методические указания по выполнению лабораторной работы № 63 по курсу Физика для студентов инженернотехнических специальностей / Курск гос. техн. унт; сост.: Л...
12196. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСИИ РАСТВОРОВ САХАРА С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА АББЕ 304 KB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСИИ РАСТВОРОВ САХАРА С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА АББЕ Методические указания по выполнению лабораторной работы № 64 по оптике для студентов инженернотехнических специальностей ...