23

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Рыбинский государственный авиационный технический университет им.П.А.Соловьева»

Кафедра Общей и технической физики

Лаборатория «Электричество и магнетизм»

УТВЕРЖДЕНО

на заседании методического

семинара кафедры ОиТФ

« » ноября 2012 г.

Зав.каф. Пиралишвили Ш.А.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМУ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №ЭМ-3

Исследование влияния магнитного поля на проводник с током

Автор: доцент Суворовой З.В.

_________________

Рецензент: доцент Попкова Е.А.

_________________

Рыбинск 2012

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Убедиться в присоединении заземляющего провода к корпусу установки.

2. Включать установку только с разрешения преподавателя.

3. Не прикасаться к оголенным токонесущим элементам установки.

4. При обнаружении неисправности установки обесточить ее и немедленно известить преподавателя.

5. При работе с магнитами проявлять осторожность лицам, имеющим кардиостимуляторы.

6. Не допускать величину зазора менее 10мм, так как в этом случае в результате притяжения магниты могут соединиться, вызвав травмы пальцев рук экспериментатора.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Измерение силы Ампера, действующей на проводник с током, помещенный в зазор постоянного магнита.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: Источник питания, лабораторная установка.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Вектор магнитной индукции

Подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Пространство, в котором на проводник с током или движущийся электрический заряд, а также на тела, обладающие магнитным моментом, действует сила, называется магнитным полем.

Магнитное поле образуется электрическими токами, постоянными магнитами, переменным электрическим полем, и телами, обладающими магнитным моментом. На неподвижный электрический заряд постоянное магнитное поле не действует.

Для изучения свойств магнитного поля пользуются замкнутым плоским контуром с током (рамкой), подвешенным на тонкой нити (рис.1.1). Размеры этого контура должны быть малы по сравнению с расстоянием до тех проводников, по которым текут токи, образующие магнитное поле. Это позволяет считать поле, измеряемое контуром, однородным. Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, значит, поле имеет направление.

Проведём нормаль к плоскости рамки. За положительное направление нормали примем такое, чтобы ток в рамке, если смотреть из конца вектора , казался идущим против часовой стрелки. Другими словами, за положительное направление нормали принимают направление поступательного движения буравчика, рукоятка которого вращается в направлении тока, текущего по рамке. Тот факт, что рамка испытывает ориентирующее действие поля (т.е. поворачивается), говорит о том, что на рамку в магнитном поле действует момент пары сил (крутящий момент). Опыт показывает, что величина этого момента максимальна, когда нормаль рамки перпендикулярна к направлению поля. Под действием момента сил рамка поворачивается до тех пор, пока момент сил не станет равным нулю. Это положение устойчивого равновесия. В этом случае нормаль к рамке совпадает с направлением поля.

Магнитное поле характеризуют вектором магнитной индукции . За направление в данной точке принимают направление положительной нормали к рамке с током в состоянии устойчивого равновесия в этой точке поля. О величине магнитной индукции судят по величине крутящего момента, действующего на рамку при её повороте в магнитном поле: .

Далее, из опыта известно, что величина момента пропорциональна току в рамке I и площади рамки S, т.е. N~ IS.

Вектор, совпадающий по направлению с положительной нормалью к рамке и равный произведению тока в рамке на площадь рамки, называется магнитным моментом рамки:, где _- единичный вектор положительной нормали к рамке.

Следовательно, учитывая вышесказанное, получаем N ~ , где - угол между направлением поля и нормали к поверхности рамки.

Ясно, что вектор перпендикулярен к плоскости вращения, проходящей через векторы и ,тогда . В системе СИ это выражение можно переписать в виде: .

Таким образом, располагая пробной рамкой с известным магнитным моментом , можно определять величину и направление магнитного поля (индукции ): .

Магнитное поле можно представить графически с помощью линий магнитной индукции. Это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором в этой точке поля. Линии магнитной индукции всегда замкнутые, они охватывают проводники с током, а также выходят из северного полюса постоянного магнита и входят в южный.

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: поле, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей , порождаемых каждым зарядом в отдельности:

.

Для характеристики поля, кроме вектора магнитной индукции, пользуются ещё и другим вектором, , называемым напряжённостью магнитного поля: , где - магнитная постоянная, - магнитная проницаемость среды (для вакуума ). Вектор не зависит от магнитных свойств среды. В однородной изотропной среде направления векторов и совпадают.