Экспериментальная часть
Приборы и оборудование: постоянный магнит, датчик, блок питания, амперметр.
Методика измерений
Рассмотрим прямоугольную рамку, расположенную в горизонтальной плоскости и закреплённую на упругой нити. Закреплённая ось ОО (рис.13.5) вращения рамки параллельна одной из сторон рамки и составляет угол α с линиями магнитной индукции, также горизонтальными. Силы Ампера, действующие на стороны a рамки, проходят через ось вращения ОО и вращающего момента относительно этой оси не дают. Силы, действующие на стороны b, равны:
(13.12)
и направлены перпендикулярно плоскости рис.13.5,а. Момент этой пары сил относительно оси ОО равен
,
(13.13)
поскольку плечо пары равно стороне рамки а. Под действием этого вращающего момента рамка начинает вращаться относительно оси ОО, упругая нить закручивается, и в ней возникает возвращающий момент упругих сил, пропорциональный углу поворота рамки β:
,
(13.14)
где
- модуль кручения нити. При повороте
рамки на угол β
величина сил Ампера (13.12) не изменится,
так как не изменяется угол α между
сторонами b
рамки и индукцией поля
;
однако изменится плечо пары (рис.13.5,б):
.
(13.15)
Из (13.12) и (13.15) получим:
.
(13.16)
Равновесное положение рамки достигается при таких углах β, когда момент сил Ампера уравновешивается моментом упругих сил:
.
(13.17)
Экспериментальная установка
Постоянный магнит
1 (рис.13.6) создаёт между полюсами индукцию
магнитного поля
.
Датчик 2 – это по существу прибор
магнито-электрической системы, в котором
отсутствует постоянный магнит. Рамка
3 прибора шириной а,
длиной b
имеет N
витков.
С осью рамки связана
стрелка прибора, показывающая угол
поворота рамки относительно закреплённой
оси ОО под действием магнитного поля
постоянного магнита. Поскольку зависимость
индукции поля B
от угла поворота рамки β
нелинейная (13.17), то шкала прибора также
нелинейна и проградуирована в относительных
единицах d,
пропорциональных отношению
(
),
а значит, и индукции поля:
,
или
.
(13.18)
Коэффициент
является константой прибора и равен:
.
На датчике установлен компас 4, который показывает направление линий индукции поля постоянного магнита. Датчик закреплён на подставке 5, поворачивающейся на вертикальной оси, проходящей через центр рамки. Основание датчика имеет шкалу, разделенную на 360 градусов. По шкале производится отсчёт угла поворота датчика γ относительно оси OX.
Блок питания обеспечивает постоянный ток, проходящий через рамку. Регулировка тока (от 2 мА до 20 мА) производится регулятором 7 и контролируется миллиамперметром 6. Переключатель 8 даёт возможность изменять направление тока в рамке.
Внимание! 1. Величина индукции магнитного поля постоянного магнита такова, что при приближении к нему Ваши обычные наручные часы и калькуляторы испортятся.