Требования к содержанию и оформлению отчета

Лабораторная работа № 5

Наименование работы : Наблюдение действия магнитного поля на ток и взаимодействие токов

Цель работы: 1) Наблюдение действия магнитного поля полосового магнита на моток с током. 2) Экспериментально выяснить зависимость силы Ампера, от величины тока в мотке.

Норма времени : 2 часа.

Оборудование: проволочный моток - 2, штатив, источник постоянного тока, реостат (переменный резистор), соединительные провода, полосовой магнит, магнитная стрелка, амперметр, ключ, рабочая тетрадь (конспект), ручка, калькулятор, карандаш, линейка, методичка.

Правило техники безопасности : правила техники безопасности при работе с электричеством, соблюдать дисциплину.

Информационное обеспечение : 1. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. Ростов – на – Дону, «Феникс», 2004. 2. Касаткин А.С. Основы электротехники. Учебное пособие для средних профессиональных училищ. – М., Высш. шк., 2006.

Теоретические сведения

Еще в глубокой древности была известна руда, обладающая свойством притягивать железо. Такая руда представляет собой химическое соединение железа с кислородом и является природным магнитом.

В технике применяется не природные, а искусственные постоянные магниты. Искусственным магнитом называется намагниченный кусок специального сплава или керамического материала.

Каждый постоянный магнит имеет два полюса – северный и южный. С помощью компаса легко убедиться в том , что магнитная стрелка, вращающаяся на острие, устанавливается всегда так, что один ее полюс направлен на север, а другой - на юг. Полюс, направленный на север, обозначается буквой N, а полюс, направленный на юг, - буквой S. Магниты взаимодействуют между собой – одноименные полюсы магнитов взаимно отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

В 1820 г. датский ученый Г. X. Эрстед выяснил, что магнитная стрелка, которая помещена рядом с проводником, по которому течет ток, поворачивается, стремясь расположиться перпендикулярно проводнику, так было открыто магнитное поле электрического тока. В том же году французский физик А. Ампер установил, что если токи в двух прямолинейных параллельных проводниках имеют одинаковые направления, то они притягивают друг друга, если же направления токов противоположны, то проводники отталкивают друг друга. Взаимодействие токов осуществляется посредством поля, которое было названо магнитным. Электрический ток создает в окружающем пространстве магнитное поле.

Магнитное поле - это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции , величина которого определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся заряд, или момент сил, действующих на замкнутый контур (рамку) с током.

Если в магнитном поле с индукцией ввести рамку стоком, то величина вращательного момента сил, действующих на рамку, М = I_*S_*B_*sin α, где α – угол между вектором нормали к рамке n и ; S – площадь рамки; I – сила тока; B – модуль вектора магнитной индукции. Когда α = 90⁰, sin α = 1 и момент сил принимает максимальное значение М_мак= I_*S_*B, откуда B = .

Магнитная индукция – это величина, численно равная единичному максимальному вращательному моменту, действующему на рамку, имеющую единичную площадь, если в рамке течет единичный ток.

Единица измерения индукции магнитного поля в системе «СИ» называется Тесла (Тл).

Магнитное поле можно изображать графически с помощью силовых линий. Касательная к силовой линии имеет направление, совпадающее с направлением вектора .

На рисунке 1 с помощью силовых линий изображены магнитные поля полосового магнита, кольца с током, катушки с током, дугообразного магнита. Принято считать, что магнитные силовые линии направлены от N – северный полюс к S – южному. Направление магнитных силовых линий создаваемых током и направление вектора определяется с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика (правого винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током

В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, картина будет более сложной. Поэтому для простого нахождения направления линий магнитного поля в таком случае существует правило правой руки. Оно гласит: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Магнитное поле — это вихревое поле, т.е. линии индукции магнитного поля замкнуты. Замкнутость линий говорит нам о том, что магнитных зарядов в природе не существует, источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле. Как показывают многочисленные опыты, проводник может двигаться влево или вправо, вверх или вниз, в зависимости от направления тока и от расположения полюсов магнита. Но если проводник расположить вдоль направления магнитного поля, то никакие силы на него действовать не будут. Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника с током в магнитном поле, был установлен французским физиком Андре-Мари Ампером, поэтому эту силу называют силой Ампера.

Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции и тока.

F_А=IB∆lsinα,

где F_А- модуль силы, действующей на проводник с током, I- сила тока в проводнике, B- модуль магнитной индукции поля магнита, ∆l- длина проводника, находящегося в магнитном поле, α- угол между вектором магнитной индукции и отрезком проводника с током. Это выражение еще называют законом Ампера. Направление силы Ампера можно определить, пользуясь правилом левой руки: руку располагают так, чтобы нормальная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по току; тогда отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера.

Силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, широко используются в технике. Электродвигатели и генераторы, телефоны и микрофоны — во всех этих и множестве других приборах используется взаимодействие токов, токов и магнитов и т.д.

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения.

2. Выполнить задания.

3. Оформить лабораторную работу.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы

Задание 1 . Наблюдение действия магнитного поля полосового магнита на моток с током.

1.Соберите экспериментальную установку, как показано на рисунке 1. Подвесьте проволочный моток к штативу, соедините его последовательно с реостатом, амперметром, ключом и источником тока.

Рис. 1.

2.Нарисуйте в тетради электрическую цепь.

Заполните таб.1

Наименование прибора	Предел измерения	Цена деления

3.Поднеся к проволочному мотку, справа магнит северным полюсом N, замкните цепь. Пронаблюдайте движение мотка. Обратите внимание на направление тока (условно принято за направление тока движение зарядов от «+» к «-»). Ключ замыкаем только во время проведения опыта и сразу размыкаем его после окончания опыта. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Заполните таблицу, сделайте рисунок, указав направление движение мотка.

4.Поднеся к проволочному мотку, справа магнит южным полюсом S, замкните цепь. Пронаблюдайте движение мотка. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Зарисуйте, указав направление движение мотка.

5.Измените, направление тока в витке (Поменяйте полярность подключения источника тока (через проводник потечет обратный ток)).

6.Поднеся к проволочному мотку, справа магнит северным полюсом N, замкните цепь. Пронаблюдайте движение мотка. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Заполните таблицу, сделайте рисунок, указав направление движение мотка.

7.Поднеся к проволочному мотку, справа магнит южным полюсом S, замкните цепь. Пронаблюдайте движение мотка. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Зарисуйте, указав направление движение мотка.

8.Поднесите к проволочному мотку, справа магнитную стрелку. Пронаблюдайте движение стрелки. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Зарисуйте, указав направление движение стрелки.

9.Пользуясь правилом правой руки, для соленоида определите направление линий магнитной индукции внутри катушки. Магнитное поле тока взаимодействует с магнитным полем магнита по закону: разноименные магнитные полюсы притягиваются, одноименные – отталкиваются.

10.Подключите вторую катушку к источнику тока. Сближайте катушки, поднося разными сторонами, друг к другу и наблюдайте их взаимодействие. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Зарисуйте, указав направление движение мотков.

11.Поменяйте направление тока во второй катушке. Сближайте катушки, поднося разными сторонами, друг к другу и наблюдайте их взаимодействие. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2. Зарисуйте, указав направление движение мотков.

12.Движком реостата добейтесь минимального тока в мотке. Поднесите к проволочному мотку, справа магнит северным полюсом N. Движком реостата постепенно увеличивайте ток в катушке. Наблюдайте движение мотка. Сделайте вывод.

Таблица 2.

Что делали	Что наблюдали (рисунок)	Вывод
1.Поднесли магнит северным полюсом N к мотку справа
2.Поднесли магнит южным полюсом S к мотку справа
Обратный ток
3.Поднесли магнит северным полюсом N к мотку справа
4.Поднесли магнит южным полюсом S к мотку справа
5. Поднесли магнитную стрелку
6.Поднесите катушки друг к другу
7.Поднесите катушки друг к другу другой стороной
Обратный ток
8.Поднесите катушки друг к другу
9.Поднесите катушки друг к другу другой стороной
10.Изменение силы тока

13.Постройте график зависимости силы Ампера от силы тока в мотке, проведя через экспериментальные точки прямую, выходящую из начала координат.

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Вывод (согласно целям работы).

8. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Как изображаются магнитные поля?

2. Какие линии служат для графического представления магнитного поля?

3. Что такое магнитное поле?

4. Каково взаимодействие токов?

5. Что называется вектором магнитной индукции?

6. Каково направление вектора магнитной индукции?

7. На что действует магнитное поле?

8. Как взаимодействуют между собою одноименные магнитные полюсы, разноименные магнитные полюсы?

9. Как определяются величина и направление силы, действующей на провод с током в магнитном поле?

10. Изменится ли направление действия силы Ампера, если направление тока в проводнике поменять, на противоположное?

11. При каком угле α между проводником и вектором сила Ампера будет максимальна?

12. Может ли магнитное поле не действовать на прямолинейный проводник с током?

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 60; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!