Главная | Обратная связь

Основні теоретичні відомості

Взаємодія між струмами в провідниках здійснюється через магнітне поле. Силовою характеристикою магнітного поля в кожній точці є вектор магнітної індукції . Якщо в магнітне поле з індукцією внести провідник зі струмом І, то на елемент провідника довжиною dl з боку магнітного поля діє сила Ампера:

, (1)

де – вектор величиною d , напрямок якого збігається з напрямком струму І в провіднику, а напрямок сили визначається за правилом векторного добутку. Величина сили dF визначається виразом

, (2)

де – кут між напрямками магнітного поля та струму в провіднику.

З виразу (2) у разі, якщо , одержуємо:

, (3)

тобто магнітна індукція дорівнює силі, що діє з боку магнітного поля на одиницю довжини провідника, в якому протікає одиничний струм І. Одиницею магнітної індукції в СІ є 1 Тл (тесла).

Нехай у магнітному полі з індукцією розташована площадка ds, величина якої настільки мала, що в її межах магнітне поле однорідне.

Потоком вектора магнітної індукції (магнітним потоком) називається скалярна фізична величина

, (4)

де – кут між зовнішньою нормаллю до площадки ds та напрямком магнітного поля (вектором ); – проекція вектора на напрямок нормалі . Повний потік крізь поверхню S буде:

. (5)

Якщо магнітне поле однорідне, а поверхня плоска і перпендикулярна до напрямку магнітного поля, то , і тоді

Ф=ВS. (6)

Одиницею вимірювання магнітного потоку в СІ є 1 Вб (вебер).

Змінне магнітне поле створює у будь-якій точці простору вихрове електричне поле. Якщо в це поле вмістити замкнений провідник (контур), то в ньому виникне індукційний електричний струм. Тому для вимірювання величин, що характеризують магнітне поле (магнітна індукція, напруженість, магнітний потік), часто використовують індукційні методи, коли безпосередньо вимірюються не самі характеристики магнітного поля, а деякі інші, наприклад індуковане електричне поле, індукційний струм або електричний заряд, що переноситься індукційним струмом через поперечний перетин провідника. Вимірявши останні і використавши відповідні формули теорії електромагнітних явищ, можна визначити і характеристику магнітного поля.

Широко використовуються прилади для вимірювання магнітного потоку, дія яких грунтується на індукційних методах – веберметри.

Веберметр – це прилад магнітоелектричної вимірювальної системи, який складається із рамки, розташованої між полюсами нерухомого постійного магніту. До рамки веберметра приєднується вимірювальна котушка, розташована в досліджуваному магнітному полі.

Коли струм намагнічування в котушці елекромагніта змінюється від нуля до значення І, вимірювальну котушку веберметра пронизує змінний магнітний потік, що зростає від нуля до деякого значення Ф. У рамці і у вимірювальній котушці веберметра виникає індукційний струм. Рамка веберметра, а з нею стрілка веберметра відхиляються на деякий кут, пропорційний значенню магнітного потоку Ф.

З урахуванням ціни поділки веберметра знаходимо значення потоку Ф. Вимірювальна котушка складається з N витків, причому площа одного витка S=6,2×10^–4 м², кут між напрямками вектора і нормаллю до площі витка a=0. Тому

. (7)

За значеннями вимірюваного потоку для кожного значення струму намагнічування І обчислюємо значення магнітної індукції:

. (8)

Оскільки після закінчення процесу вимірювання стрілка веберметра самостійно не повертається в нульове положення, для її встановлення на нуль використовується механічна корекція.

 

Хід роботи

Прилади і обладнання:джерела змінного і постійного струму, мілівеберметр М1190, щиток монтажний, трансформатор із вимірювальною котушкою, амперметр (І= 5 А), реостат на 250 Ом, з’єднувальні провідники.

1. Скласти електричне коло за схемою, зображеною на монтажному щитку установки.

2. Стрілку веберметра встановити на нуль. Для цього:

а) встановити перемикач П1 веберметра в положення “Коректор”;

б) перемикач П2 повернути за годинниковою стрілкою до кінця і назад так, щоб стрілка стала на “0”;

в) перемикач П1 встановити в положення “Вимірювання”.

3. Ввімкнути випрямляч змінного струму В-24 М.

4. Перемикач П3 встановити в положення “Розмагнічування”.

5. Регулятором напруги на В-24 М встановити напругу змінного струму 20В.

6. Перемикач П3 встановити в нейтральне положення.

7. Перемикач П1 встановити в положення “Струм намагнічування”.

8. Реостатом довести струм на випрямлячі В-24 М до 0,5 А.

9. Перемикач П2 встановити в положення “Вимірювання”.

10. Перемикач П3 встановити в положення “Намагнічування”.

11. Записати покази веберметра.

12. Вимірювання повторити п’ять разів.

13. Провести вимірювання для струмів 1А; 1,5А; 2А, повторивши пункти 2–12.

14. Результати вимірювань занести до таблиці.

Номер серії дослідів	Номер досліду	І, А	Ф, Вб	В, Тл

 

15. За формулою (5) визначити значення вектора магнітної індукції для кожного значення сили струму:

,

де Ф – середнє значення магнітного потоку; S – площа витка вимірювальної котушки; N – кількість витків, S=6,2×10^-4м².

16. Провести статистичне опрацювання результатів досліджень.

17. Побудувати графік залежності B=f(I).

 

Контрольні запитання

1. Що називається вектором магнітної індукції?

2. Що називається потоком вектора магнітної індукці?

3. Що називається явищем електромагнітної індукції?

4. Чому при зростанні струму намагнічування зростає величина вектора магнітної індукції?

 

Література:[1, с. 330–332, 362–363; 2, с. 200–206, 240–242; 4, с. 3–18].

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ЕМ 4