Алгоритм проведения эксперимента

1.  Уравновесить весы, когда на проводник действует только сила тяжести, измерить массу проводника М₁.

2.  Включить электрический ток в проводнике.

3.  Создать магнитное поле, включив ток в цепи электромагнита.

4.  Уравновесить весы, когда на проводник действует сила тяжести и сила Ампера, измерить соответствующую им массу М₂.

Определить экспериментальное значение силы Ампера по формуле

(6)

Рис. 5. Механизм для точной настройки равновесия весов. 1 — рукоятка для точной настойки равновесия весов, ее следует вращать легким усилием вправо или влево в зависимости от положения риски 5 относительно риски 6, отмеченной на станине весов; 3 — грузики для ступенчатого изменения шкалы весов, в их окошечках видны значения этой шкалы, к которым следует прибавлять или вычитать значения, полученные по точной шкале; 4 — правый рычаг весов с нанесенными делениями

Знак « +» соответствует силе Ампера, направленной вниз (при условии, что М₂   M_1, рис.3,а), знак «–» соответствует силе Ампера, направленной вверх ( при условии М₂   М₁, рис.3,б).

Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с².

Рекомендации по проведению эксперимента

Убедиться в отсутствии нарушений в коммутациях установки, в случае каких-либо нарушений сообщите преподавателю или лаборанту. Не превышать ток в цепи электромагнита более 1 А (см. показания миллиамперметра 13), в цепи проводника не более 5 А (см. показания амперметра 12).

1. Проведите исследование зависимости силы Ампера от длины проводника. При этом индукция магнитного поля и сила тока в проводнике остаются неизменными.

В вашем распоряжении имеется набор из 4-х проводников длиной: 12,5 мм, 25 мм, 50 мм, 100 мм.

1. Для проведения данного и последующих экспериментов советуем следующую последовательность действий. На левый рычаг весов укрепите проводник длиной 12,5 мм в специальной оправе и поместите его горизонтальную часть точно в середине магнитного зазора. Уравновесьте весы, как описано выше и запишите показания весов. Ключ 14 поставьте в положение 0, а ручку регулировки тока 16 в цепи проводника поверните в крайнее левое положение.

2. Включите источник питания. Рукояткой 16 установите силу тока в проводнике I = 3 А, которую контролируйте с помощью амперметра 12. Ступенчатый регулятор 15 поставьте в положение 4 В. Ключ 14 поверните в положение 1. По шкале миллиамперметра 13 зафиксируйте значение тока электромагнита I_магн и занесите его в таблицу 1. После включения магнитного поля состояние равновесия весов нарушится из-за действия силы Ампера. Для измерения силы Ампера следует снова уравновесить весы. Для этого часто бывает возможным ограничиться только вращением рукоятки точной настройки весов вправо или влево в зависимости от направления силы Ампера, вращая ее до совпадения рисок 5 и 6, рис. 5. Снимите показания весов. Сила Ампера определяется разностью показаний весов, умноженной на g = 9,81 м/с². См. также п. 5 Алгоритма проведения эксперимента.

Пункты 1.1, 1.2 повторите с остальными проводниками. Данные измерений занесите в заранее подготовленную таблицу 1.

2.  Проведите исследование зависимости силы Ампера от силы тока при постоянной длине проводника и неизменной индукции магнитного поля. Укрепите на левый рычаг весов любой из имеющихся в наборе проводник. Ступенчатый регулятор 15 поставьте в любое из положений от 4 до 12 В и не изменяйте. Изменяя ток в проводнике рукояткой 16 в пределах 0,5–5 А через 0,5 А по показаниям амперметра 12, проведите измерения силы Ампера. Результаты измерений занесите в таблицу 2, которую вам следует составить самостоятельно по образцу таблицы 1.

3. Проведите исследование силы Ампера от величины индукции магнитного поля. При этом длину проводника и ток в проводнике не изменяйте. Укрепите на левый рычаг весов любой из имеющихся в наборе проводник. Рукояткой 16 установите определенную силу тока в пределах 0,5–5 А и не изменяйте ее. Индукцию магнитного поля электромагнита изменяйте путем переключения тока в электромагните. Для этого переключатель 14 поставьте в положение 0, переключатель 15 поочередно ставьте в позиции 4, 6, 8, 10, 12 В. Для каждой из этих позиций при включенном электромагните (позиция 1 выключателя 14), измерьте силу Ампера. Индукцию магнитного поля определяйте по формуле:

где — коэффициент пропорциональности между током электромагнита и индукцией поля электромагнита, определенный экспериментально. регистрировать по миллиамперметру 13. _. Ток при этом должен быть выражен в Амперах. Результаты этих измерений следует записать в таблицу 3, составленную в период подготовки к лабораторной работе по образцу таблицы 1.

Таблица 1

Результаты исcледования зависимости силы Ампера от длины проводника

№ опыта	Ток в провод-нике	Ток электро­магнита	Длина проводника	Показания весов без тока	Показания весов с током	Сила тяжести
	I, A	Iмагн., А	L∙10-3 (м)	М1, г	М2, г	M∙10-3∙9,81, Н
1	3,0		12,5
2	3,0		25
3	3,0		50
4	3,0		100

4. По результатам экспериментов, п. 1, 2, 3, постройте графики исследуемых зависимостей, сделайте вывод о справедливости закона Ампера. По одному из экспериментов п. 1, 2, 3 рассчитайте силу Ампера теоретически, формула (5), и сравните ее с экспериментальным значением, формула (6 ) , сделайте выводы. Оценку погрешности теоретического расчета силы Ампера можно сделать по формуле:

где — сила тока в проводнике,— сила тока в обмотке электромагнита.