Метод вимірювання й опис установки

 

Індукцію магнітного поля електромагніту можна визначити дослідним шляхом, використовуючи електродинамічну взаємодію провідника зі струмом і магнітним полем –– методом магнітних терез. Магнітні терези являють собою прямолінійний твердий провідник зі струмом, вміщений у магнітне поле міжполюсного простору електромагніту (рис.37.1). Провідник знаходиться на відстані L₂ від осі обертання важеля, а на відстані L₁ розташовується шалька з важками. Важіль з мінімальним тертям обертається навколо осі і збалансований так, що при виключеному полі система знаходиться в рівновазі. Якщо відповідним чином вибрати напрямки струму в провіднику I₂ і магнітного поля, то сила Ампера буде діяти вгору і виштовхувати провідник. У цьому випадку величина сили Ампера дорівнює:

 

F_A = B×I₂×l,                                                        (4)

 

де l –– частина провідника, що знаходиться в магнітному полі.

 Обертаючий момент сили Ампера F_A×L₂ компенсується моментом сили тяжіння важків m×g×L₁, що приводить терези знову в рівновагу. Таким чином, з рівності моментів випливає:

 

F_A×L₂=m×g×L₁.                                                  (5)

 

З рівняння (5) знаходимо силу Ампера:

 

 .                                       (6)

Oстаточно, індукцію магнітного поля В можна визначити за формулою

        .                                 (7)

 

Вимірювальна установка схематично зображена на рис. 1.

 

 

Рис. 37.1

 

Між полюсами електромагніту знаходиться прямолінійний відрізок провідника ВС. Провідник ВС обертається навколо осі AD. На відстані L₁ від осі обертання знаходиться шалька S, яку навантажують важками P. Вага шальки і провідника зрівнюється з іншої сторони вантажем G, тому вся система до проходження струму по провіднику знаходиться в рівновазі. Силу струму в електромагніті визначають амперметром А₁, а силу струму в провіднику – амперметром А₂ . Реостати R₁ і R₂ служать для регулювання струму в необхідних межах в обмотці електромагніту і провіднику ВС відповідно.

 

Прилади і приладдя

 

Електромагніт, магнітні терези, незалежні джерела струму, амперметри, реостати, набір важків.

Порядок виконання роботи

Ознайомитися з лабораторною установкою і включити її з дозволу викладача.

Установити за допомогою реостата R₁ струм I₁ в котушці електромагніту за вказівками викладача.

Навантажити шальку S важками m за вказівкою викладача.

Замкнути ключ K₂ і  за допомогою реостата R₂  довести силу струму I₂ у рамці до величини, при якій система зрівноважиться. Записати у таблицю значення величин I₁ , I₂  і m.

Не змінюючи струм I₁ , повторити досліди ще 2 рази з важками іншої маси і значення m і I₂  записати в таблицю.

Провести аналогічні виміри для інших значень струму I₁ в котушці електромагніту і результати внести в таблицю (5 –7 значень).

Для кожного виміру обчислити величину В за формулою (7) (значення довжин L₁, L₂  і l дані на робочому місці). Результати занести в таблицю.

Для кожного значення сили струму I₁ обчислити середнє значення величини магнітної індукції В. Результати занести в таблицю.

Побудувати графік <B> = f (I₁).

 

I1,A

m, кг

I2 ,A

B, Tл

<B>, Тл

 

 

Контрольні запитання

Що називається індукцією магнітного поля, який фізичний зміст цієї величини, в яких одиницях вона виміряється в системі СІ?

Дати визначення магнітного моменту контуру зі струмом.

Що називається позитивною нормаллю контуру зі струмом?

Дати визначення величини і напрямку сили Ампера.

Які будова і призначення електромагніту?

Чому як матеріал осердя електромагніту використовується феромагнетик?

У чому полягає градуювання електромагніту?

Як визначається індукція магнітного поля електромагніту в цій лабораторній роботі?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 38