Контрольная работа: Определение индукции магнитного поля и проверка формулы Ампера

2.3 Модуль силы Ампера

Пусть вектор магнитной индукции В составляет угол с направлением отрезка проводника с током. Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику, т.е. от , и не зависит от параллельной составляющей вектора В , направленной вдоль проводника.

Максимальная сила Ампера равна:

ей соответствует . При произвольном значении угла сила пропорциональна не , а составляющей. Поэтому выражение для модуля силы F , действующей на малый отрезок проводника , по которому течет ток I , со стороны магнитного поля с индукцией , составляющей с элементом тока угол , имеет вид:

Это выражение называют законом Ампера.

Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

2.4 Направление силы Ампера

В рассмотренном выше опыте вектор перпендикулярен элементу тока и вектору . Его направление определяется правилом левой руки:

если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила F_m =1 Н .

Единица магнитной индукции получила название тесла в честь югославского ученого-электротехника Н. Тесла.

Опираясь на измерение силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, можно определить модуль вектора магнитной индукции.

3. Экспериментальное определение индукции магнитного поля и исследование силы Ампера

Опытный закон Ампера устанавливает зависимость величины силы, действующей на прямолинейный участок проводника с током, помещенный в магнитное поле, от основной характеристики магнитного поля – вектора индукции магнитного поля:

где l – длина активной части прямолинейного участка проводника, по которому протекает ток силой I , В- численное значение вектора индукции магнитного поля в месте расположения проводника, – угол между направлением оси проводника и направлением вектора,

Если проводник расположить так, чтобы = 90°, то

Таким образом, измерив действующую силу в ньютонах, величину тока в амперах и длину активной части проводника в метрах, легко определить величину индукции магнитного поля.

В данной экспериментальной работе необходимо определить индукцию магнитного поля В между полюсами различных подковообразных магнитов, а также экспериментально проверить прямую пропорциональную зависимость силы F от величины тока, длины активной части проводника и индукции магнитного поля:

Оставляя поочередно две величины, входящие в формулу, постоянными, можно установить зависимость силы, с которой магнитное поле действует на проводник с током, от третьей величины. Поскольку в формулу входят три величины, от которых зависит величина силы, то и нужно провести три серии измерений.

3.1. Описание и принцип действия установки

Для работ используется следующее оборудование: электродинамическая рамка, штатив с принадлежностями, лабораторные весы с разновесками, лабораторные амперметр и реостат, источник постоянного напряжения на 4–6 В, два или три подковообразных магнита.

Собирают установку как показано на рисунке 13, а также на фотографиях в приложении №1 и уравновешивают весы. Самодельную рамку с отводами включают в цепь по схеме рисунка 14. Магнит для устойчивости устанавливают либо на немагнитной коробке, соответствующего размера, либо на специальной подставке из дерева. Все применяемые в работах магниты целесообразно предварительно перенумеровать несмываемой краской.

На проводник с током, помещенный в магнитное постоянного подковообразного магнита поле действует сила Ампера. Следовательно, замыкая электрическую цепь, равновесие весов нарушается за счет действия силы Ампера со стороны магнитного поля.

Уравновешивая весы с помощью разновесов, можно определить значение силы тяжести, а следовательно и силы Ампера.