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 ориентирующуюся (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
буквой
.
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
с током I,
находящийся в магнитном поле, определяется
по закону Ампера
,
(6.1)
или в скалярной форме
dF
= B I dl sin
(
),
(6.2)
здесь
-
вектор с модулемd
l, направленный
по току, а
и есть индукция магнитного поля в месте,
где расположен элемент проводника.
Из
формулы (6.2) при sin
=1
(6.3)
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 (6.2) получим
F = B I l . (6.4)
Из формулы (6.4) 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 магнитоэлектрической системы.