ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ».

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3-М.

«ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

2-ух Радиальных ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ».

Составители: П.Ю. Третьяков
И.Г. Фатеев

Тюмень 2004г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

2-ух Радиальных ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ

Цель работы: экспериментальное определение зависимости силы взаимодействия катушек с током от величины тока, протекающего по ним, также сопоставление экспериментальной ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». зависимости с теоретической.
Оборудование: лабораторные весы, две катушки с навитым на их проводом, миллиамперметр, источник неизменного тока.

ПОСТАНОВКА Задачки

Опыт указывает, что в пространстве, окружающем электронные токи, появляется силовое поле, называемое магнитным. Магнитное поле принято охарактеризовывать вектором магнитной индукции .

Вектор магнитной индукции в некой точке поля, сделанного током, протекающим через ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». элемент проводника определяется законом Био-Савара-Лапласа (см.рис.1)

= (1)

где - элемент тока, т.е. простый вектор, направление которого совпадает с направлением протекания тока;

- радиус-вектор, проведенный от элемента тока к точке А;

- магнитная неизменная;

- магнитная проницаемость среды;

- векторное произведение векторов и .

Направление перпен-дикулярно и , т.е. перпендикулярно плоскости, в какой ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». они лежат, и совпадает с касательной к полосы магнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилу правого винта: направление вращения головки винта дает направление , если поступательное движение винта соответствует направлению тока в элементе.

Из опыта следует, что магнитное поле, создаваемое всем проводником с током длиной l в точке А ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ»., равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым элементом тока в отдельности

(2)

Наличие магнитного поля в пространстве находится по силовому действию на внесенные в него проводники с током. Согласно закону Ампера сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящийся в магнитном поле, прямопропорциональна силе тока I в ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию

= (3)

Направление вектора может быть найдено по правилу левойруки: если ладонь левой руки расположить так, чтоб в нее входили полосы магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ»., действующей на ток.

Результирующее значение силы , действующей на проводник длиной l со стороны магнитного поля, находится интегрированием выражения (3):

. (4)

В истинной работе изучается взаимодействие плоских параллельных радиальных контуров l1 и l2 с током I, находящихся на расстоянии b друг от друга. Каждый контур с током делает в пространстве магнитное поле ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ»., которое действует с некой силой на другой контур. Если токи в контурах текут в обратных направлениях, то меж ними появляется сила отталкивания.

Для нахождения силы взаимодействия меж контурами нужно в интеграл (4) подставить интеграл (2), что приведет к задачке, связанной с двойным интегрированием, решение которой является математически сложным (переменными являются как ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». величины векторов и , так и их направления). Потому тут приводится только конечное выражение для вычисления силы отталкивания 2-ух плоских радиальных контуров с током

(5)

где R – радиус контуров:

b - расстояние меж контурами:

n - количество витков в контуре:

f(k) - функция, зависящая от k, определяемого выражением

(6)

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Электрическую силу взаимодействия ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». контуров с током определяют при помощи лабораторных квадрантных весов ВЛК-500.

Рис.3
Рис.3

На чаше весов закреплена одна катушка, 2-ая закреплена бездвижно над первой (рис.2). Для снятия отсчета по шкале на дисплее имеется отсчетная отметка в виде 2-ух треугольников. Электрическая сила назад пропорциональна расстоянию меж катушками. Потому установочное уравновешивание весов может ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». быть в случае, когда контуры отталкиваются, а перегрузка весов стремится сблизить катушки. По этой причине катушки включены поочередно таким макаром, чтоб тои в катушках имели взаимно обратное направление. Питание катушек осуществляется от источника неизменного тока, величина которого может регулироваться. Электронная схема приведена на рис.3. Силу тока в катушках ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». определяют при помощи миллиамперметра.

ВНИМАНИЕ! Весы лабораторные квадрантные являются четким прибором. Работать с весами нужно аккуратненько, не подвергая их ударам и сотрясениям. РУЧКИ 1 И 2 НА ПРАВОЙ СТОРОНЕ ВЕСОВ ПОВОРАЧИВАТЬ Воспрещается!

В истинной работе сила электрического отталкивания 2-ух катушек определяется для 2-ух расстояний меж катушками b1=10 мм и b2=20 мм. Расстояние ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». меж катушками устанавливается при помощи фиксирующего винта на верхней катушке и измеряется линейкой. Точность установления расстояния 1 мм.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установить одно из обозначенных расстояний меж катушками.

2. Вывести ручку регулировки напряжения источника тока в последнее левой положение. Кнопка на панели источника тока в нажатом состоянии задает спектр напряжений источника тока от 4 до ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». 9 В, в отжатом–от 6 до 12 В.

3. Не включая тока в катушках, включить весы переключателем, размещенным на левой стороне весов. При всем этом должен осветиться экран весов.

4. Поворачивать ручку 3, расположенную на правой стороне весов, достигнуть на дисплее установления отметки шкалы меж 2-мя треугольниками. Записать значение массы mo ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». при отсутствии взаимодействия меж катушками.

5. Регулируя силу тока в катушках ручкой регулировки напряжения источника тока, достигнуть установления отметки шкалы меж 2-мя треугольниками. Записать значение силы тока и массы m. Сила взаимодействия катушек находится по формуле

(m-mo)g (7)

где m – показания весов при силе тока I в катушках;

mo - показания ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». весов при силе тока I=0

g - ускорение свободного падения.

6. Провести серию измерений, обозначенных в п.5 для 2-ух расстояний меж катушками b1=10 мм и b2=20 мм. Силу тока в катушках изменять таким макаром, чтоб для 2-ух поочередных измерений показания весов росли на 1 гр. После каждого измерения, переключателем выключая ток в ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». катушках, проверить значение mo. По мере надобности сделать корректировку при помощи ручки 3 (см. п.4). Результаты занести в таблицу.

№ п/п b1=0,01 м; mо= кг b2=0,02 м; mо= кг
m, кг m-mо, кг F, Н I, А I2, А2 m, кг m-mо, кг F, Н I, А I2, А2

7. По ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». результатам измерений выстроить в координатах I2 и F графическую зависимость F=f(I2).

8. Высчитать по формуле (5) для обоих расстояний силы взаимодействия меж контурами при 2-ух наибольших экспериментальных значениях тока. Для истинной лабораторной установки n=4000; R=50 мм: для b1=10 мм =31,2 ; b2=20 мм =11,6. Провести теоретические прямые на графиках п.7.

9. Сделать ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». выводы из приобретенных результатов.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать последующее:

1. Схему лабораторной установки с необходимыми пояснениями.

2. Результаты измерений в виде таблицы.

3. Графики зависимостей F=f(I2).для 2-ух расстояний меж контурами. Графики выполнить на миллиметровой бумаге.

4. Расчет силы взаимодействия меж контурами по формуле (5).

5. Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». ЗАДАНИЯ

1. Дать определение магнитной индукции.

2. Сконструировать закон Био-Савара-Лапласа и правило правого винта.

3. Сконструировать закон Ампера.

4. Вывести формулу для магнитной индукции нескончаемо длинноватого прямого проводника и радиального тока.

5. Получить формулу для силы взаимодействия параллельных токов.

6. Дать определение силы тока в системе СИ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические указания к лабораторным работам по физике. Магнетизм ДВУХ КРУГОВЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ». (2 часть). Под ред.Агеева В.В. Тюмень, ТИИ им.Ленинского комсомола. 1984.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, т.2. – М.: Наука, 1987. § 39, 40, 42,47.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш.шк., 1985. § 110-113, 119.


dyatlova-lidiya-nikolaevna-i-kratkie-svedeniya-o-licah-vhodyashih-v-sostav-organov-upravleniya-kreditnoj-organizacii.html
dyavol-kak-metafora-i-ne-tolko.html
dyavolskaya-karikatura-na-10-e-godi.html