Описание экспериментальной установки

И сследуемый проводник длиной (длина указана на рамке) с током представляет собой нижний горизонтальный участок проводящей рамки, которая помещается в однородное магнитное поле перпендикулярно магнитным силовым линиям (рис. 2). Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3.

От источника питания (клеммы АС) постоянный ток через металлическую ленту и соединительные провода пропускается через проводящую рамку; величина тока измеряется амперметром А₁; цепь тока замыкается ключом К.

Однородное магнитное поле возникает между полюсами электромагнита при пропускании через его обмотку постоянного тока , который измеряется амперметром А₂. Выпрямление переменного тока (клеммы DС универсального источника питания) осуществляется с помощью мостовой схемы (рис. 3).

Величина индукции однородного магнитного поля зависит от силы тока в обмотках электромагнита . Как видно из рис. 2, силы и , действующие на вертикальные участки рамки с током в магнитном поле, одинаковы по величине и компенсируют друг друга. Следовательно, сила, действующая на рамку с током со стороны магнитного поля, определяется формулой (см. формулу (1) при ):

, (3)

где - длина нижнего горизонтального участка рамки.

Эта сила может быть определена с помощью, так называемого датчика силы. Датчик силы представляет собой аналитические весы, позволяющие определять массу с точностью до 0,01 г. Измерительная часть весов состоит из горизонтальной шкалы, круговой шкалы и нониуса (точность 0,01 г).

Измерение массы на аналитических весах выполняется согласно показаниям на линейной, круговой шкале и нониусе. Пример измерения показан на рисунке 4.

При отсутствии тока в проводнике на рамку массой действует только сила тяжести:

, (4)

направленная вертикально вниз.

При пропускании тока через проводник на него действует сила Ампера:

, (5)

направленная на данной установке вертикально вверх (рис. 1).

В этом случае на рамку действуют и сила тяжести , и сила Ампера . Поскольку силы направлены противоположно, их равнодействующая равна:

,

. (6)

Поэтому показания датчика силы (аналитических весов) изменяются и соответствуют силе , которая может быть выражена формулой:

, (7)

где - показания аналитических весов.

Согласно (6) и (7),

,

. (8)

Примечание. Если направление тока в рамке поменять на противоположное, будет направлена вниз; в этом случае:

.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение зависимости силы Ампера от силы тока в проводнике, .

1. Собрать электрическую цепь по схеме, изображённой на рис. 2.

2. Измерить с помощью аналитических весов массу рамки и занести результаты измерения в таблицу 1; туда же записать значение для данной рамки.

3. На блоке питания перемычку «Power» выставить на значение, указанное преподавателем. По амперметру А₂ определить силу тока в цепи электромагнита . При этом значение рекомендуется выбирать примерно равным 1 А. Результат занести в таблицу 1.

4. На блоке питания регулятор «А» установить на предельном значении; ключ К замкнуть.

5. Используя регулятор «U» и амперметр А₁, установить первое значение силы тока в проводнике в соответствии с заданием преподавателя (рекомендуется начинать с 1 А).

6. Используя аналитические весы, произвести измерение массы рамки в этом случае.

7. Рассчитать величину: . В соответствии с формулой (8) рассчитать: . Полученные результаты занести в таблицу 1.

8. Повторить п. 5-7 для других 5-6 значений силы тока в проводнике с шагом 0.5 А или 1 А по указанию преподавателя. Полученные результаты занести в таблицу 1.

9. Используя данные таблицы 1, построить график зависимости и сделать вывод о характере этой зависимости.

Таблица 1.

= г , м, А
№	, А	, г	, г	, мН	,Тл	, Тл	, %
1
2
3
….
n
Среднее значение

Задание 2. Определение значения индукции магнитного поля между полюсами электромагнита.

1. Используя данные таблицы 1, рассчитать значения по формуле (2):

Результаты занести в таблицу 1.

2. Рассчитать среднее значение:

.

3. Рассчитать абсолютные погрешности измерений:

.

4. Вычислить среднюю абсолютную погрешность:

.

5. Вычислить относительную погрешность:

.

6. Записать окончательный результат в виде:

.

Задание 3. Определение зависимости силы Ампера от длины проводника , .

Комплект рамок состоит из трех разных рамок, отличающихся длиной горизонтальной части, т.е. длиной проводника .

1. Установить на аналитических весах рамку с =12,5 мм. Записать значение для данной рамки в таблицу 2.

2. Измерить с помощью аналитических весов массу рамки и занести результаты измерения в таблицу 2.

3. На блоке питания перемычку «Power» выставить на значение, указанное преподавателем, по амперметру А₂ в цепи электромагнита определить силу тока в данной цепи. Результат занести в таблицу 2.

4. На блоке питания регулятор «А» установить на предельном значении.

5. Используя регулятор «U» и амперметр А₁, установить значение силы тока в проводнике в соответствии с заданием преподавателя (следует устанавливать значения не менее 3 А).

6. Используя аналитические весы, произвести измерение массы рамки в этом случае.

7. Рассчитать величину: . В соответствии с формулой (8) рассчитать: . Полученные результаты занести в таблицу 2.

8. Выключить блок питания и заменить исследуемую рамку следующей, с другим значением =25 мм.

9. Повторить п. 2-7 задания 3 для этой рамки. Примечание: На амперметрах А₁ и А₂ сила тока должна быть той же, что и при измерениях с рамкой =12,5 мм.

10. Выключить блок питания и заменить исследуемую рамку следующей, с другим значением =50 мм; повторить п. 2-7 задания.

11. 6. По данным таблицы построить график зависимости и сделать вывод о характере этой зависимости.

Таблица 2

А, А
№	, м	, г	,г	,г	,мН
1
2
3