Описание экспериментальной установки. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ АМПЕРА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ АМПЕРА
Методические указания к лабораторной работе №40 по физике (раздел «Электричество и магнетизм»)
Ростов-на-Дону
УДК
Составители: И.А. Осипенко, И.Г. Попова, Т.В. Шкиль
Экспериментальное исследование силы Ампера: метод. указания к лабораторной работе № по физике. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2015. – 11 с.
Указания содержат краткую теорию по экспериментальному определению силы Ампера, действующей на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, и методику определения индукции магнитного поля. Методические указания предназначены для студентов-бакалавров инженерных специальностей всех форм обучения, в программу учебного курса которых входит выполнение лабораторных работ по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).
Печатается по решению методической комиссии факультета «Автоматизация, мехатроника и управление»
Рецензент д-р. техн. наук, проф. В.С. Кунаков
©Издательский центр ДГТУ, 2015 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ АМПЕРА
Цель работы: экспериментальное исследование силы Ампера и определение индукции магнитного поля. Оборудование: электромагнит; набор проводящих рамок; металлическая лента со штепсельными вилками; соединительные проводники; источник питания универсальный; выпрямитель; аналитические весы; универсальный штатив.
Краткая теория Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током. Магнитное поле - форма существования материи, окружающей движущиеся электрические заряды (проводники с током, постоянные магниты). Магнитное поле имеет направленный характер и должно иметь векторную силовую характеристику. Ее обозначают и называют магнитной индукцией. Магнитное поле изображается графически с помощью магнитных силовых линий или линий магнитной индукции. Магнитными силовыми линиями называются линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. В каждой точке такой линии вектор направлен по касательной. Магнитное поле называется однородным, если вектор в любой точке постоянен. Ампер экспериментально установил, что сила (рис. 1), с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током , находящийся в магнитном поле , прямо пропорциональна силе тока и векторному произведению элемента длины на магнитную индукцию .
Закон Ампера: . Модуль силы Ампера: , где - угол между векторами и . Направление вектора может быть найдено согласно общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а четыре вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец покажет направление силы. Сила, действующая на провод конечной длины, находится интегрированием по всей длине:
В однородном магнитном поле : . (1) Если . Согласно этой формуле: (2) Индукция магнитного поля - векторная физическая величина, численно равная силе, действующей в однородном магнитном поле на проводник единичной длины с единичной силой тока, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям. Индукция магнитного поля измеряется в теслах: . 1Тл - индукция однородного магнитного поля, в котором на проводник длиной 1м с током в 1А, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям, действует сила 1Н. Как следует из формулы (1), сила Ампера, действующая в однородном магнитном поле с индукцией на прямолинейный проводник длины с током , линейно зависит от и . Цель данной экспериментальной работы - доказать эти зависимости.
Описание экспериментальной установки Исследуемый проводник длиной (длина указана на рамке) с током представляет собой нижний горизонтальный участок проводящей рамки, которая помещается в однородное магнитное поле перпендикулярно магнитным силовым линиям (рис. 2). Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3. От источника питания (клеммы АС) постоянный ток через металлическую ленту и соединительные провода пропускается через проводящую рамку; величина тока измеряется амперметром А1; цепь тока замыкается ключом К. Однородное магнитное поле возникает между полюсами электромагнита при пропускании через его обмотку постоянного тока , который измеряется амперметром А2. Выпрямление переменного тока (клеммы DС универсального источника питания) осуществляется с помощью мостовой схемы (рис. 3). Величина индукции однородного магнитного поля зависит от силы тока в обмотках электромагнита . Как видно из рис. 2, силы и , действующие на вертикальные участки рамки с током в магнитном поле, одинаковы по величине и компенсируют друг друга. Следовательно, сила, действующая на рамку с током со стороны магнитного поля, определяется формулой (см. формулу (1) при ): , (3) где - длина нижнего горизонтального участка рамки. Эта сила может быть определена с помощью, так называемого датчика силы. Датчик силы представляет собой аналитические весы, позволяющие определять массу с точностью до 0,01 г. Измерительная часть весов состоит из горизонтальной шкалы, круговой шкалы и нониуса (точность 0,01 г). Измерение массы на аналитических весах выполняется согласно показаниям на линейной, круговой шкале и нониусе. Пример измерения показан на рисунке 4. При отсутствии тока в проводнике на рамку массой действует только сила тяжести: , (4) направленная вертикально вниз. При пропускании тока через проводник на него действует сила Ампера: , (5) направленная на данной установке вертикально вверх (рис. 1). В этом случае на рамку действуют и сила тяжести , и сила Ампера . Поскольку силы направлены противоположно, их равнодействующая равна: , . (6) Поэтому показания датчика силы (аналитических весов) изменяются и соответствуют силе , которая может быть выражена формулой: , (7) где - показания аналитических весов. Согласно (6) и (7),
,
. (8) Примечание. Если направление тока в рамке поменять на противоположное, будет направлена вниз; в этом случае: .
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1105)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |