Физика. Электромагнетизм. Лабораторная работа № 2-15 «Измерение силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле». Лабораторная работа

лент (9) рамка с током через распределительное приспособление подсоединена к выходу источника питания. В цепи рамки расположен другой датчик тока (10) на 6 А, который подключен к аналоговому входу S1. Расстояние между двумя лентами должно быть максимальным, они должны слегка провисать, поскольку следует учитывать силу притяжения при большой силе тока.

Рисунок 3.1 – Общий вид установки

Перед выполнением работы заполните таблицу 3.1. Таблица 3.1 – Технические данные приборов

11

4 Порядок выполнения работы

Лабораторная работа проводится при строгом соблюдении правил техники безопасности и охраны труда.

Следует помнить, что любые изменения в схеме установки необходимо проводить только при разомкнутом ключе.

1 Запустите программу измерений (на дисплее компьютера найдите иконку «m» (Measure) – «Измерение»). В открывшемся меню программы «m» выберите графический редактор (иконка – красный кружочек в левом верхнем углу панели). В результате этого откроется вкладка с тремя блоками (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Блоки установки «Cobra 3»

2 Выберите измерительный блок «Ньютон» (Newton), нажмите на изображение блока и установите параметры, указанные на рисунке 4.2.

12

Рисунок 4.2 – Параметры измерительного блока силы

Значения параметров: диапазон: ±0,4N; единица: mN;

усреднение: установить флажок; сила: 100;

цифровой дисплей: установить флажок.

Нажмите кнопку «Тара». Это установка нулевого значения любой измеряемой величины!

Нажмите кнопку «Да».

Выберите блок «S1» и установите параметры, указанные на рисунке 4.3.

13

Рисунок 4.3 – Измерительный блок тока через рамку

Значения параметров: отметка: I1; диапазон: 6 А; единица: А; сила: 100;

усреднение: установить флажок; цифровой дисплей: установить флажок. Нажмите кнопку: «Да».

3 Выберите блок «S2» и установите параметры, указанные на рисунке 4.4.

14

Рисунок 4.4 – Измерительный блок тока через магнит

Значения параметров: отметка: I2; диапазон: 6 А; сила: 100;

усреднение: установить флажок; цифровой дисплей: установить флажок. Нажмите кнопку: «Да».

4 Нажмите на вкладку «Настройки» и установите параметры, указанные на рисунке 4.5.

15

Рисунок 4.5 – Выбор каналов

Выберите для записи все каналы, необходимые для эксперимента.

Для измерения зависимости силы Ампера от величины тока через рамку (эксперимент № 1):

сила F0: установите флажок;

ток (Stromstarke) I2: установите флажок.

Для измерения зависимости силы Ампера от величины тока через магнит (эксперимент № 2):

сила F0: установите флажок;

ток (Stromstarke) I2: установите флажок.

Поставить начальные условия: «по нажатию клавиши». Поставить конечные условия: «по нажатию клавиши». Поставить запись данных: «по нажатию клавиши» или

«автоматически с указанием времени». Сортировка данных: установить флажок. Установите время в окне «Набор данных». Нажмите: «Далее».

16

Выполните следующие эксперименты.

Эксперимент 1. Зависимость силы Ампера от тока I1 через рамку

1 Замкните ключ (7) (см. рисунок 3.1), поставив в положение 1.

2 Установите величину магнитного поля. Для этого поставьте ключ на дискретном переключателе «Power» в одно из положений: 2, 4, 6, 8, 10, 14, 15 V (согласно индивидуальному заданию). На дисплее компьютера высвечивается величина тока I2 через магнит, соответствующая этому напряжению.

3 На источнике питания выставите максимальное значение напряжения поворотом ручки регулятора напряжения блока «Constanter» по часовой стрелке. Поворачивая одновременно две ручки регулятора тока через рамку, снимите зависимость силы Ампера от величины силы тока через рамку, изменяя величину силы тока от 0 до 5 А.

4 Для начала измерений нажмите «Начать измерения». После каждого измеренного значения нажмите «Сохранить».

5 После завершения эксперимента нажмите «Окончить измерение».

6 Результаты измерений занесите в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – ЗависимостьсилыАмпераоттокаврамке I1 при силе тока через катушку электромагнита I2 = (…) А

Эксперимент 2. Зависимость силы Ампера от силы тока I2 через магнит

Замкните ключ (7) (см. рисунок 3.1), поставив в положе-

ние 1.

На блоке «Constanter» регулятором тока установите максимальную силу тока I1 в пределах 3–4 А.

Установите ключ на блоке «Power» в положение 2, соответствующее минимальному току через магнит.

17

Нажмите кнопку «Начать измерения». После каждого измеренного значения нажмите «Сохранить».

Меняя положение ключа из положения 2 в положение 15 (2, 4, 6, 8, 10, 15), повторите измерения.

После окончания измерений нажмите кнопку «Таблицы данных» в командной строке.

Результаты измерений занесите в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Зависимость силы Ампера от силы тока через магнит I2 при силе тока через рамку I1 = (…) А

5 Обработка результатов эксперимента

По результатам измерений, представленным в таблицах 4.1 и 4.2, постройте график зависимости силы F0, действующей на рамку с током, от величины тока I1, проходящего через нее при постоянном магнитном поле, и график зависимости силы F0, действующей на рамку с током, от величины тока I2 через электромагнит при постоянном токе через рамку.

По графику F0 от I1 оцените значение магнитной индукции В.

По графику F0 от I2 определите длину горизонтальной составляющей рамки.

Оцените относительную погрешность измерения силы Ампера.

Примечание. В данной работе зависимость силы Ампера от силы тока через рамку или через магнит определяется прямыми измерениями по показаниям прибора «Cobra 3». Поэтому погрешности измерения силы Ампера и силы тока являются приборными погрешностями (см. таблицу 3.1).

18

Контрольные вопросы

1.Как направлен вектор магнитной индукции и какова его величина (согласно закону Био – Савара – Лапласа) от элемента тока (Idl)?

2.Нарисуйте и объясните, как ориентированы линии магнитной индукции внутри соленоида.

3.Определите направление и величину силы, действующей на отрицательный электрический заряд, движущийся

вмагнитном поле.

4.Какую работу совершает сила Лоренца при движении протона в магнитном поле?

5.Определите силу взаимодействия двух бесконечных прямолинейных параллельных токов.

6.Какова результирующая сила Ампера, действующая на рамку с током, помещенную в магнитное поле соленоида?

19

Библиографический список

1.Батурин Б.Н. Правила электробезопасности при выполнении лабораторных работ: Учеб. пособие. – М.: МИСиС, 1995. 38 с.

2.Капуткин Д.Е., Шустиков А.Г. Физика. Обработка результатов измерений при выполнении лабораторных работ: Учеб. пособие. М.: Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2007.

3.Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 2. М.: АСТ: Астрель, 2005. 464 с.

4.Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Физматлит, 2004. Т. 2. 600 с.

20