МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Автоматизация, мехатроника и управление»

Кафедра «Физика»

Экспериментальное исследование силы ампера

Методические указания к лабораторной работе №40

по физике

(раздел «Электричество и магнетизм»)

Ростов-на-Дону

2015

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:

Рис. 4

.

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.