Определение магнитной индукции в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы

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: амперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого специально для данной работы проградуирована в градусах; два реостата; амперметр или прибор комбинированный типа Ф 4313, Ц 4315, Ц317 для измерения тока, напряжения и сопротивления.

Сведения из теории

Движущиеся заряды (токи) изменяют 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 ориенти-рующуюся (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 .

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 , действующая на элемент проводника длинойс током I, находящийся в магнитном поле, определяется по закону Ампера

, (5.1)

или в скалярной форме

dF = B I dl sin ( ), (5.2)

здесь - вектор с модулемdl, направленный по току, а и есть индукция магнитного поля в месте, где расположен элемент проводника.

Из формулы (5.2) при sin=1

(5.3)

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 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 (5.2) получим

F = B I l . (5.4)

Из формулы (5.4) имеем

,

что позволяет простейшим образом установить единицу измерения магнитной индукции B. В 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 магнито-электрической системы.