Описание экспериментальной установки.
Лабораторная работа №26
ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ
Группа: ТФ-12-11
Студент: Павлихин А.Ю.
Преподаватель: Губкин М.В. Кто живет на дне океана?
К работе допущен:
Дата выполнения работы:
Работу выполнил:
Работу сдал:
Москва
Цель работы: экспериментальное изучение закона Ампера; определение магнитной индукции в воздушном зазоре постоянного магнита.
Теоретические основы работы.
На элемент проводника с током I, находящегося в магнитном поле с индукцией (рис.1), действует сила , значение которой определяется законом Ампера:
(1)
На прямолинейный проводник длиной b с током I, расположенный перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля действует сипа, значение которой находится интегрированием (1) по длине проводника:
, (2)
где I - сила тока в проводнике; b - длина проводника; В - магнитная индукция.
В технике широко используются приборы, в которых магнитное поле создастся в малом кольцевом зазоре I 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 провода, но не зависит от угла поворота рамки:
, (3)
где М - момент сил Ампера относительно оси вращения; FA — сила Ампера; N - число витков, а - ширина рамки.
Из (2 ) и (3 ) имеем:
, (4)
где b - длина рамки.
Если момент сил Ампера M(A), приложенный к рамке 1 (рис. 3),уравновесить моментом силы тяжести mg, действующей на груз 2, закрепленный на тонком стержне 3 жестко связанным с рамкой, то значение момента сил Ампера можно определить по углу поворота α рамки, при котором достигается механическое равновесие:
(5)
Из (4 ) и (5) и рис. 3 следует:
(6)
где I - сила тока в рамке, В - магнитная индукция, а - ширина рамки, b - длина рамки, l - расстояние от центра масс груза до оси вращения рамки, m - масса груза, N - число витков рамки, α - равновесный угол поворота рамки.
Из (6) следует:
(7)
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, закреплен небольшой пластмассовый груз. Измерительная шкала амперметра заменена транспортиром для измерения углов отклонения стрелки.
Для учета методической погрешности, связанной с наличием момента упругих сил Л/у, возникающих в подвеске рамки при ее повороте, необходимо поставить корпус прибора на левую боковую грань и измерить угол р отклонения груза от вертикали. По углу р можно определить коэффициент жесткости подвески k.
Так как , то при равновесии рамки с грузом момент силы тяжести равен моменту упругих сил:
Отсюда
С учетом момента упругих сил выражение (6) принимает вид
(8)
а выражение (7) -
(9)
Порядок выполнения работы
1. Заполните табл. 1 спецификации измерительных приборов.
2. Измерьте зависимость угла а отклонения груза (поворота рамки) от силы тока / 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 Р отклонения груза от горизонтали, результат измерений запишите после табл. 2.