ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМОМЕТРОМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-8

ЦЕЛЬ: Определить индукцию магнитного поля в зазоре электромагнита.

ОБОРУДОВАНИЕ: Электромагнит, электродинамометр, источники питания, два амперметра, разновесы.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Опыт показывает, что движущиеся заряды взаимодействуют иначе, чем неподвижные. Кроме электрического взаимодействия возникает магнитное взаимодействие, связанное с существованием у движущихся зарядов кроме электрического поля – магнитного поля. Магнитное поле характеризуется вектором индукции магнитного поля .

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущийся заряд и проводник с током, помещенный в магнитное поле. Вектор характеризует силовое действие магнитного поля.

На заряд q, движущийся со скоростью в магнитном поле c индукцией , действует сила Лоренца:

(1)

Ампером было установлено, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого , действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

(2)

где – вектор по модулю равный малому участку проводника и имеющий направление, совпадающее с направлением тока.

Модуль силы Ампера, согласно правилу векторного произведения:

dF = B I dl sin a (3)

где a – угол между векторами и .

Произведение I·dl называют элементом тока. Вслучае прямолинейного проводника длиной l:

Направление силы Ампера, как и силы Лоренца, определяется правилом векторного произведения или с помощью «правила левой руки».

Правило левой руки: ладонь левой руки необходимо расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца совпадали с направлением тока, тогда отогнутый на 90º большой палец укажет направление действия силы (рис.1).

Если проводник перпендикулярен индукции магнитного поля, то согласно (3) модуль силы Ампера определяется выражением

dF_A = I·B·dl (4)

Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для измерения индукции магнитного поля

(5)

Выражение (5) служит также для определения единицы индукции магнитного поля. Единица магнитной индукции в СИ называется тесла (Тл) – это индукция однородного магнитного поля, которое действует на каждый метр прямолинейного проводника с током в один ампер, расположенного перпендикулярно полю, с силой в один ньютон:

МЕТОДИКА ЭКМПЕРИМЕНТА

В настоящей работе магнитная индукция, созданная током электромагнита между полюсами сердечника измеряется при помощи электродинамометра. Электродинамометр представляет собой коромысло, качающееся вокруг оси 00¢ (рис. 2), на котором укреплена рамка с током, помещенная в магнитном поле. При отсутствии тока в рамке система сбалансирована. Если через рамку пропустить ток, то на проводник ab длиной l будет действовать сила Ампера

F_А = I · B · l (6)

Силы, действующие на вертикальные отрезки проводника, компенсируются.

Восстанавливая равновесие при помощи перегруза Р, можно определить величину силы F.

Рис. 2. Схема электродинамометра

В состоянии равновесия сумма моментов сил Р и F относительно оси 00¢ равна нулю.

P · L – F · L₁ = 0 (7)

Из формул (6) и (7) можно получить рабочую формулу:

(8)

Определив заранее постоянную прибора

, (9)

можно упростить расчет по формуле (7):

(10)

В данном методе индукция магнитного поля электромагнита определяется по ее силовому воздействию на проводник с током.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Заготовьте таблицу 1 для записи результатов измерения.

Таблица 1

№№ п/п	I_p	С А/дел	Р Н	В Тл
Дел.	А

2. Измерьте величины l, L, L₁. Вычислить постоянную прибора К по формуле (9). Запишите результат в отчет.

3. Соберите схему согласно рис. 3.

4. Установить ток магнита I_м»0,5 А. При выключении тока рамки установите стрелку коромысла против нулевой отметки шкалы.

5. Положите на чашку один из грузов (0,5 г). Изменяя силу тока в рамке, восстановите нарушенное равновесие. Измерьте силу тока рамки I_р в делениях шкалы (измерения проводите при максимальной чувствительности прибора). Определите соответствующую цену деления прибора С. Результаты занесите в таблицу.

6. Проведите измерения, согласно п.5 с другими массами груза (1 и 1,5 г).

7. Рассчитайте магнитную индукцию по формуле (10) для каждого тока рамки. Произведите статистическую обработку результатов. Определите <В> и DВ.

8. Выполните п.п. 5-7 для токов магнита 0,75 и 1 А. Результаты занесите в табл. 2 и 3, аналогичные табл. 1.

9. Учитывая, что при I_м=0, В=0, постройте график зависимости магнитной индукции (среднего значения) от тока электромагнита I_м.

10. Сформулируйте в отчете выводы:

– Зависит ли ток рамки в состоянии равновесия от веса перегрузка Р? Почему?

– Зависит ли результат измерения индукции от тока рамки I_р? Почему? (Проанализируйте формулу (10)).

– Как зависит измеряемое поле В от тока I_м в обмотке электромагнита?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется индукцией магнитного поля?

2. Изобразите на рисунке движущийся в магнитном поле заряд. Укажите пространственное направление силы Лоренца. Запишите формулу.

3. Изобразите проводник с током в магнитном поле. Определите на чертеже направление силы Ампера. Запишите формулу.

4. Дайте определение единицы магнитной индукции в СИ.

5. Объясните устройство и принцип действия экспериментальной установки. Какова методика нахождения индукции с помощью электродинамометра?

6. Выведите рабочую формулу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие: рек. Мин. обр. РФ/ Т.И. Трофимова.-8-15-е изд., стер.- М.: Высш. шк., 2005-2010. (Глава 14).