Описание экспериментальной установки

Рис. 9.

Рамка с током 1 помещена в магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца 2, взаимное расположение и подключение которых наилучшим образом обеспечивает однородность поля между ними. Питание катушек и рамки осуществляется блоками питания 3 и 4 и контролируется универсальными измерительными приборами – мультиметрами 5 и 6. Необходимый ток в катушках Гельмгольца устанавливается с помощью переключателя «POWER» (а), ручки установки напряжения (б) и ручки установки тока (в) на блоке питания 3. Ток рамки устанавливается с помощью ручки (г) блока питания 4. Вращающий момент сил, действующих на рамку с током, определяется с помощью крутильных весов 7, закрепленных на штативе.

Помещаем рамку так, чтобы линии магнитного поля лежали в плоскости рамки. При прохождении тока через рамку под действием магнитного поля она повернется, закрутив пружину весов. Чтобы определить закручивающий момент, надо вернуть рамку в начальное положение с помощью винта 11. При этом стрелка винта покажет на круговой шкале 12 величину момента вращающей силы, действующей на рамку с током 8.

Теоретически величина вращающего момента сил, действующих на контур с током, определяется формулой: .

В данной лабораторной работе .

Следовательно, , где – постоянная установки (см. примечание на стр. 9). Поскольку в данной работе контур круговой и его площадь , то, окончательно, величину вращающего момента сил можно рассчитать по формуле:

где - число витков контура ( =3), – диаметр контура ( = 12 см), 6,4 Н/(А²м).

Порядок выполнения работы

ЗАДАНИЕ 1. Установление зависимости вращающего момента контура от величины протекающего через контур тока

1) Установите нулевое положение стрелки по шкале 12 крутильных весов 7 (рис.9). Для этого с помощью винта 10 расположите верхнюю горизонтальную сторону квадрата подвеса точно над белыми «прорезями» установочной линейки 9.

2) Включите блок питания 3 катушек с помощью клавиши на задней панели прибора. Установите ручкой (б) ток в катушках Гельмгольца равным . Ручки (а) и (в) – не трогать!

3) Величина тока контролируется мультиметром 5 (на мультиметре должен быть поставлен диапазон измерения 20А). Мультиметр включается голубой клавишей на его лицевой панели.

4) Включите блок питания контура 4. Ручкой (г) установите ток в контуре . Величину тока проконтролируйте мультиметром 6 (на мультиметре должен быть поставлен диапазон измерения 20 А).

5) Поверните винт 11 против часовой стрелки до установления указателя точно в прорези. Винт 10 при этом не трогать!

Определите величину экспериментального момента сил (в делениях) по шкале 12 крутильных весов (фото шкалы приведено на рис.10). Занесите результат измерения в табл. 3.

6) Продолжайте измерения момента сил , изменяя значения тока в контуре в соответствии с таблицей 4.

7) Проведите аналогичные измерения при токе в катушках Гельмгольца , предварительно проверив установку « » в отсутствие тока в контуре. Результаты измерений занесите в табл. 4.

Рис. 10

8) Постройте графики зависимости от по данным табл. 3 и 4.

9) Рассчитайте по формуле (1) теоретические значения момента сил _, занесите их в табл. 3 и 4 и также постройте графики .

Таблица 3

ток в катушках Гельмгольца

N

, ток в контуре 1,5 2,5 2,7 2,2 1,7 1,2

дел

Н·м

, Н·м

Таблица 4

ток в катушках Гельмгольца

N

, ток в контуре 1,5 2,5 2,7 2,2 1,7 1,2

дел

Н·м

, Н·м

ЗАДАНИЕ 2. Установление зависимости вращающего момента контура от величины тока, протекающего через катушки Гельмгольца

1) Установите нулевое положение круговой шкалы (пункт 1 задания 1).

2) Установите ток в контуре .

3)Установите ток в катушках Гельмгольца . Определите величину экспериментального момента сил по шкале 12 крутильных весов (в делениях) и результаты измерений занесите в табл. 5.

4) Продолжайте измерения момента сил , изменяя значения тока в катушках Гельмгольца в соответствие с табл. 5.

5) Проведите аналогичные измерения при токе в контуре, равном , предварительно проверив установку « » в отсутствие тока в контуре. Результаты измерений занесите в табл. 6.