- •Исследование влияния магнитного поля на проводник с током
- •1.1. Вектор магнитной индукции
- •1.2.Закон био-савара-лапласа
- •1.3. Магнитное поле прямолинейного проводника с током
- •1.4. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Закон ампера
- •2.Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Контрольные вопросы
- •5. Содержание отчета
- •7. Список литературы
- •8. Приложение
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
Убедиться в присоединении заземляющего провода к корпусу установки.
Включать установку только с разрешения преподавателя.
Не прикасаться к оголенным токонесущим элементам установки.
При обнаружении неисправности установки обесточить ее и немедленно известить преподавателя.
При работе с магнитами проявлять осторожность лицам, имеющим кардиостимуляторы.
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 направлениев 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 нормалик поверхности рамки.
Ясно, что вектор перпендикулярен к плоскости вращения, проходящей через векторыи,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). Векторне зависит от магнитных свойств среды. В однородной изотропной среде направления векторовисовпадают.