ЧФ ПНИПУ. Лабораторные работы по физике

Министерство образования и науки российской федерации

Чайковский филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Пермский национальный исследовательский политехнический университет"

(ЧФ ПНИПУ)

Кафедра гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

Лаборатория физики

Электромагнетизм

Лабораторная работа №5

"Определение магнитной индукции в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы"

2011

Цель работы: ознакомиться с принципом действия измерительного прибора магнитоэлектрической системы, определить величину индукции магнитного поля в межполюсном зазоре прибора, исследовать графически зависимость угла поворота рамки прибора от силы тока в ней.

Приборы и принадлежности: амперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого специально для данной работы проградуирована в градусах; вольтамперметр типа М2044 для измерения тока, магазин сопротивления типа Р33 (МСР-60М), источник питания постоянного тока Б5-29, соединительные проводники.

Сведения из теории.

Движущиеся заряды (точки) изменяя свойства окружающего их пространства, создают в нем магнитное поле. Наличие магнитного поля проявляется в действии силы на движущиеся в нем заряды (токи).

Если в магнитное поле поместить небольшую свободно ориентирующуюся (поворачивающуюся до тех пор, пока действует вращающий момент) рамку с током, то она установится определенным образом. Следовательно, магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину называют индукцией магнитного поля (магнитной индукцией) и обозначают буквой В.

За направление вектора принимают направление положительной нормали (положительная нормаль к плоскости рамки образует правый винт с направлением тока в рамке), установившейся и свободно ориентирующейся небольшой рамки с током.

Согласно гипотезе Ампера, в постоянных магнитах, в частности в магнитной стрелке, круговые “молекулярные токи” расположены в параллельных плоскостях и направлены в одну сторону. Благодаря этому действие магнитного поля на магнитную стрелку аналогично действию на рамку с током. Поэтому за направление вектора берут также направление, в котором устанавливается северный конец магнитной стрелки, помещенный в данную точку поля.

Сила dF, действующая на элемент проводника d с током I, находящийся в магнитном поле, определяется по закону Ампера

(1)

или в скалярной форме

dF = B I d sin (d,^В) (2)

здесь d – вектор с модулем d, направленный по току, а В и есть индукция магнитного поля в месте, где расположен элемент проводника.

Из формулы (2) при sin (d,^В)=1

(3)

Следовательно, вектор магнитной индукции численно равен отношению силы, действующей со стороны магнитного поля на элемент проводника с током, к произведению силы тока на длину элемента, если он расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Если индукция B в каждой точке поля одинакова, то такое поле называется однородным. В случае однородного магнитного поля и прямого проводника с током, расположенного перпендикулярно линиям индукции, из формулы (2) получим

F = B·I· (4)

Из формулы (4) имеем: , что позволяет простейшим образом установить единицу измерения магнитной индукции В. В системе СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл). Тесла есть индукция такого однородного магнитного поля, в котором на проводник с током в 1 ампер длиной 1 метр, расположенный перпендикулярно линиям индукции, действует сила в 1 ньютон.

Примером практического применения действия магнитного поля на проводник с током служат электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы.