4.Контрольные вопросы

1. Электроемкость проводника. Единицы измерения.

2. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Единицы измерения.

3. Энергия заряженного конденсатора.

4. Параллельное соединение конденсаторов. Последовательное соединение конденсаторов.

5. Плоский, цилиндрический и сферический конденсаторы.

лабораторная работа №1.6

Проверка закона ампера

Цель работы: знакомство с магнитным действием тока, проверка закона Ампера.

Приборы и принадлежности: постоянный магнит; источник тока; физический маятник в виде медного проводника, подвешенного на двух проводящих нитях; амперметр; реостат, электронный секундомер.

1.Вывод рабочих формул и описание установки

Магнитное взаимодействие возникает при наличии токов и зависит от величины этих токов. Причина возникновения сил магнитного взаимодействия заключается в появлении вокруг проводников с током магнитного поля.

Магнитное поле обладает рядом физических свойств, основным из которых является действие силы на проводник с током, находящийся в нем. В опытах Ампера было установлено, что элементарная сила, действующая на какой-то элемент тока , помещенный в магнитное поле, характеризуемое индукцией , .

Вектор называется магнитной индукцией и является основной характеристикой магнитного поля. Силу, действующую на проводник конечных размеров, можно найти, суммируя элементарные силы отдельных его элементов:

. Модуль этой силы .

Направление силы перпендикулярно векторам и и определяется по правилу буравчика--при движении рукоятки буравчика от вектора к вектору поступательное движение буравчика происходит в направлении силы .

Если угол , то , т.е. магнитная индукция численно равна силе, действующей на единичный элемент тока

Il = 1 Ам, расположенный перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Единица измерения В в системе СИ – тесла. 1Тл=1Н/Ам.

Установка для проверки закона Ампера изображена на рис.1. Она состоит из физического маятника, представляющего собой медный проводник ab, подвешенный на двух токопроводящих нитях, расположенного между полюсами постоянного магнита. Проверка закона Ампера основана на измерении периодов колебаний Т физического маятника, зависящих от тока I.

Используя основной закон динамики для вращательного движения, можно записать уравнение движения маятника: ,

где  - угол отклонения маятника от положения равновесия; m – масса маятника;

J – его момент инерции (J=mr²); r – длина нити, на которой подвешен маятник.

При малых углах sin ≈ , поэтому уравнение имеет вид: .

Решение данного уравнения имеет вид: , поэтому:

.

Упрощая это выражение и решая относительно ², получим: .

Если тока в цепи нет, то F=0 и , т.е. ,

где ₀ – собственная частота колебаний;  - частота колебаний при наличии тока.

Так, как , а , то: ; .

Так как для магнита B = constant, то при неизменных величинах J, l, r проверка закона Ампера заключается в установлении того, что

(1).

2.Порядок выполнения работы

1. Измерить длину проводника l и расстояние от линии подвеса до проводника r.

2. Определить с помощью секундомера время 10 полных колебаний t и вычислить период колебаний маятника T₀ = t/10.

3. Повторить определение периода колебаний маятника Т₀ еще 4 раза.

4. Замкнуть цепь, установить значения токов I₁=0,6А, I₂=0,8 А, I₃=1 А и аналогично определить периоды колебаний Т₁, Т₂, Т₃.

5. Определить по формуле (1) константу С при различных значениях токов.

6. Вычислить магнитную индукцию В при тех же значениях токов: .

7. Вычислить по предварительно подготовленным формулам погрешности для величин С и B.

8. По указанию преподавателя повторить пункты 4-7, изменив предварительно направление тока в цепи.

9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу. Сделать выводы.

№ п/п

Т0, с

Т0, с

Т1, с

Т1, с

Т2, с

Т2, с

Т3, с

Т3, с

С

С

ΔС

В

В

ΔВ

1

2

3

4

5

ср