Електромагнетизм

 

 . (12)

 

Розв’язуючи систему рівнянь (9), (11) і (12) відносно  , одержимо

 

 . (13)

 

Нехай  . Тоді струм, згідно з (13)

 

 , (14)

 

де 

 

  (15)

 

Із формули (13)

 

 , (16)

 

а із виразу (14)

 

 . (17)

 

Прирівнюючи праві частини виразів (16) і (17), маємо

 . (18)

 

Підставляючи значення   і   із (10) та (15) в (18) і розв’язуючи одержане рівняння відносно   маємо

 

 . (19)

 

Ціну поділки по струму визначаємо із рівняння (14)

 

 . (20)

 

Хід виконання роботи

 

 

1. Скласти електричну схему подану на рис.5, де   – джерело постійного струму,   – гальванометр,   – магазини опорів,   – перемикач, за допомогою якого змінюють напрямок струму в гальванометрі,   – ключ,   – вольтметр. Опір   має бути великим; магазин опорів   та   виведені на нуль. Перевірити, чи суміщена стрілка гальванометра з нулем шкали.

2. Замкнути ключ   і підібрати опір   такий, щоб стрілка гальванометра відхилилась майже до кінця шкали. Записати показ гальванометра   та значення опору  . Перемикачем   змінити напрямок струму через гальванометр і записати показ гальванометра  .

3. Підібрати опір   такий, щоб покази гальванометра   становили близько   (в цьому випадку точність вимірювань   буде найбільшою). Записати значення опору  , а також покази гальванометра   і   при двох напрямках струму.

4. Провести ще два таких досліди при незмінних опорах  .

5. Знайти   і  .

6. Записати покази вольтметра.

7. Обчислити похибки прямих вимірювань для величин  .

8. Користуючись формулами 19, 20 і 6, обчислити  .

9. Обчислити абсолютну та відносну похибки вимірювання   за формулами (21) і (22).

 

   (21)

 . (22)

 

10. Записати кінцевий результат.

 

Таблиця результатів вимірювань і обчислень

 

Контрольні запитання

 

1. Що називається магнітним моментом контура зі струмом? Які його величина, напрямок, одиниці вимірювання?

2. Записати вираз для моменту сили, що діє на контур зі струмом, вміщений в магнітне поле.

3. При якій орієнтації контура зі струмом в магнітному полі обертовий момент максимальний? В якому випадку він дорівнює нулю?

4. Яка будова і принцип дії гальванометра магнітоелектричної системи?

5. Дайте визначення ціни поділки гальванометра по струму і по напрузі. Встановіть зв’язок між   та  .

6. Покажіть, що кут повороту рухомої частини гальванометра прямо пропорційний силі струму.

7. Чи можна гальванометром магнітоелектричної системи вимірювати змінні струми? Відповідь обґрунтуйте.

 

 

Перевірка закону Ампера

 

Мета роботи: перевірити закон Ампера; обчислити індукцію магнітного поля.

Лабораторне обладнання: установка для перевірки закону Ампера, реостат, амперметр, секундомір.

Опис установки

Установка для перевірки закону Ампера зображена на рис.1. Вона складається з фізичного маятника А і електромагніта М. Фізичний маятник являє собою мідний провідник, зігнутий у вигляді прямокутної рамки. Сторона рамки ab довжиною   розміщена між полюсами електромагніта М перпендикулярно до ліній магнітної індукції на протилежному до провідника ab кінці маятника закріплені опорні тригранні призми D, які опираються на спеціальні латунні підшипники. Біля опорних призм до кінців с і d припаяні легкі гнучкі провідники П, за допомогою яких провідник ab включають в електричне коло. Струм в провіднику ab можна змінювати за допомогою реостата R і вимірювати амперметром А. Електромагніт М живиться від випростувача. Коло, в яке включений провідник ab, одержує напругу від випростувача.

Загальні теоретичні відомості

Нехай у магнітному полі з індукцією   знаходиться лінійний елемент струму  . На нього з боку поля діє сила, величина і напрямок якої визначаються законом Ампера 

 

 , (1)

 

або у скалярній формі

 

 , (2)

 

де   – кут між    та  .

Сила, що діє на провідник зі струмом скінченої довжини, знаходиться з (1) або (2) інтегруванням по всій довжині провідника

 

 . (3)

 

Зокрема, для прямолінійного провідника в однорідному магнітному полі   з (3) одержимо

 

 . (4)

 

Напрямок сили Ампера знаходиться за правилом лівої руки (рис.2).

Щоб одержати формулу для обчислення сили Ампера в даній лабораторній роботі, розглянемо рівняння руху фізичного маятника (рамки abcd) Цей маятник здійснює коливання відносно осі cd. Застосуємо до нього основний закон динаміки обертового руху твердого тіла

 

 , (5)

 

де   – момент інерції маятника відносно осі cd,   –кутове прискорення,   – головний момент зовнішніх сил відносно цієї осі.

У відсутності струму обертовий