ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА РАМКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. Цель работы. Задачи

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА РАМКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Цель работы Изучение поведения рамки с током в магнитном поле Задачи Вяххи Е.Н., Степанова Т.Р. Установить вид зависимости величины вращающего момента, действующего на рамку с током от: 1. значения индукции внешнего магнитного поля. угла, между направлением вектора магнитной индукции внешнего поля и направлением вектора магнитного момента рамки 3. значения магнитного момента рамки. Введение Рамку с током, в однородном магнитном поле можно рассматривать как магнитный момент. Если через проволочную рамку (Рис.1.()) С протекает ток I, то магнитный uuur момент рамки определяется как: p m uuur I r r ur pm = r dr = I ds. Ú Ú, где S площадь произвольного контура, ограниченного рамкой С. C Со стороны магнитного поля, с индукцией B, на рамку с током действует вращающий момент M uur, величина которого равна uur uuur ur M = p B Если магнитное поле неоднородно, на различные части проводника действуют различные вращающие моменты. Поэтому желательно исследуемый контур поместить в однородное магнитное поле. Две катушки, расстояние между которыми равно примерно их радиусу, как показано на рис.1, используются для создания однородного поля (катушки Гельмгольца). m S (1) Для рассматриваемого случая, когда диаметром d и числом витков n, m контур представляет собой плоское кольцо с uuur ur p = I n S () где А - вектор площади кольца.

2 uuur p pm = I n d 4 Если в катушках Гельмгольца протекает ток I, то из (1) получаем: uur r M = c I n S I sin a (3) где a - угол между B r и вектором площади, c - постоянная катушек Гельмгольца. Таким образом, согласно формуле (3), на рамку с током, помещенную в однородное магнитное поле, со стороны поля действует вращающий момент. Его величина зависит от числа витков рамки, ее радиуса, тока, протекающего по ней, а также от величины внешнего поля. Экспериментальная установка Внешний вид экспериментальной установки показан на рис. 1. Для создания однородного магнитного поля используются катушки Гельмгольца (1). 3 1 Рис. 1. Экспериментальная установка для определения значения вращающего момента рамки с током, помещенной во внешнее магнитное поле.

3 По схеме Гельмгольца, обеспечивающей наилучшую однородность магнитного поля, проводник, соединяющий катушки, замыкает клеммы 1-1 или -. В режиме постоянного включения ток через катушки не должен превышать 3 A. Соединительные провода располагаются свободно. Они скручиваются вместе (бифилярно) для исключения возможности появления дополнительного магнитного момента. Величина магнитного момента определяется по шкале торсионного динамометра. Положение нулевой точки для вращающейся рамки () должно проверяться постоянно в ходе работы, т. к. быстрые вращательные движения могут изменить ее положение. На отсчетном устройстве угла поворота (3) отметки нанесены с интервалом в 15 0, поэтому рекомендуется использовать углы поворота катушки кратные Порядок выполнения работы Убедиться, что установка собрана согласно рис.1. Подключить необходимые источники питания и выполнить следующий пункт (1). Пункты, 3, 4, 5 выполняются по указанию преподавателя. 1. Установите вид зависимости вращающего момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле от величины тока I в катушках Гельмгольца (от индукции магнитного поля). В этом случае поворот рамки происходит на очень малую величину, поэтому рекомендуется использовать контур с тремя витками, а ток в катушках Гельмгольца увеличивать до максимального значения (примерно 6А) как можно быстрее, т.е измерения рекомендуется проводить быстро и затем сразу ток в катушках выключить. Для проведения этого опыта: Выберите контур для эксперимента, зафиксируйте ток через него ( A,5 A). Меняя ток в катушках Гельмгольца, снимите зависимость. Повторите измерения 3 5 раз..(доп) Установите вид зависимости вращающего магнитного момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле, от угла между магнитным моментом контура и направлением магнитного поля. Для этого: Выберите контур для эксперимента. Зафиксируйте ток через него. Зафиксируйте ток в катушках Гельмгольца. Измерьте магнитный момент, затем поверните контур на 15 0, повторите. Проделайте 3 4 раза. 3.(доп) Установите вид зависимости вращающего момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле от числа витков контура. Проведите измерения для контуров с различным числом витков 4.(доп) Установите вид зависимости вращающего момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле, от тока в контуре I. Для этого: Выберите контур для эксперимента. Зафиксируйте ток в катушках Гельмгольца. Меняя ток в контуре, проведите измерения вращающего момента 5 7 раз. 5.(доп) Установите вид зависимости вращающего момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле, от диаметра контура. Для этого:

4 Выберите контур для эксперимента. Зафиксируйте ток через него. Зафиксируйте ток в катушках Гельмгольца. Измерьте магнитный момент. Замените контур. Проделайте 3 4 раза. Обработка результатов По результатам экспериментов построить графики зависимостей величины вращающего момента, действующего на рамку с током от: 1) индукции внешнего магнитного поля; ) угла, между направлением вектора магнитной индукции внешнего поля и направлением вектора магнитного момента рамки 3) значения магнитного момента рамки (отдельно количества витков и площади рамки). Для каждой, из полученных зависимостей подтвердить расчетами линейную корреляцию между исследуемыми величинами. Для этого воспользоваться тем, что графики, построенные по результатам измерений, описываются показательным уравнением z y = a x, где y - величины вращающего момента, действующего на рамку с током, x для каждой зависимости соответственно 1)значения индукции внешнего магнитного поля; ) угла, между направлением вектора магнитной индукции внешнего поля и направлением вектора магнитного момента рамки 3) значения магнитного момента рамки и т.д. Представим зависимость y = a x как z ln y = zlnx+ ln a Если зависимость линейная, то показатель степени z близок к 1. Для вычисления z и погрешности измерения воспользуйтесь методом парных точек. Окончательный результат можно представить в виде таблицы: Рисунок Показатель степени (z) Погрешность Уравнение ( рисунка) ±0.008 (3)(вид уравнения) ±0.009 (3) (3) или корреляционной зависимости. Контрольные вопросы. 1. Какая величина называется магнитным моментом?. От каких параметров зависит величина магнитного момента? 3. Почему на магнитный момент, помещенный в магнитное поле, действует вращающий момент (момент силы)? 4. В каком случае на рамку с током в магнитном поле будет действовать сила?