Вход

Определение магнитной индукции в межролюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы

Контрольная работа по физике
Дата добавления: 06 июня 2005
Язык контрольной: Русский
Word, rtf, 1.3 Мб
Контрольную можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Определение магнитной индукции в межролюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы Цель работы: ознакомиться с принципом действия измерительного прибора магнитоэлектрической системы, определить величину индукции магнитного поля в межполюсном зазоре прибора, исследовать графически зависимость угла поворота рамки прибора от силы тока в ней. Приборы: амперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого специально для данной работы проградуирована в градусах; два реостата; амперметр или прибор комбинированного типа Ф 4313, Ц 4315, Ц317 для измерения тока, напряжения и сопротивления. Сведения из теории. Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства - создают в нем магнитное поле. Наличие магнитного поля проявляется в действии силы на движущиеся в нем заряды (токи). Если в магнитное поле поместить небольшую свободно ориентирующуюся (поворачивающуюся до тех пор, пока действует момент) рамку с током, то она установится определенным образом. Следовательно, магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину называют индукцией магнитного поля (магнитной индукцией ) и обозначают буквой В. За направление вектора В принимают направление положительной нормали (положительная нормаль к плоскости рамки образует правый винт с направлением тока в рамке), установившейся и свободно ориентирующейся небольшой рамки с током. Согласно гипотезе Ампера, в постоянных магнитах, в частности в магнитной стрелке, круговые "молекулярные токи" расположены в параллельных плоскостях и направлены в одну сторону. Благодаря этому действие магнитного поля на магнитную стрелку аналогично действию на рамку с током. Поэтому за направление вектора В берут также направление, в котором устанавливается северный конец магнитной стрелки, помещенный в данную точку поля. Сила dF , действующая на элемент проводника dl с током I , находящийся в магнитном поле, определяется по закону Ампера (6.1) или в скалярной форме (6.2) здесь dl - вектор с модулем d I , направленный по току, а В и есть индукция магнитного поля в месте, где расположен элемент проводника. Из формулы (6.2) при sm ( dl , В) = I (63) Следовательно, вектор магнитной индукции численно равен отношению силы, действующей со стороны магнитного поля на элемент проводника в током , к произведению силы т ока на длину элемента, если он расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции. Если индукция В в каждой точке поля одинакова, то такое поле однородным. В случае однородного магнитного поля и прямого проводника с током, расположенного перпендикулярно линиям и ндукции , из формулы (6.2) получим (6.4) Из формулы (6.4) имеем что позволяет простейшим образом установить единицу измерения магнитной индукции В. В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл). Тесла есть индукция такого однородного магнитного поля, в котором на проводник с током в 1 ампер длиной 1 метр, расположенный перпендикулярно линиям индукции, действует сила в 1 ньютон. Примером практического применения действия магнитного поля на проводник с током служат электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы Устройство прибора магнитоэлектрической системы, который может служить для измерения тока, напряжения и т.п. показано на рис. 6.1. Полюсные наконечники постоянного магнита имеют цилиндрическую расточку, в которой по оси установлен стальной сердечник. Между полюсами и сердечником образуется зазор с радиальным магнитным полем, индукция которого одинакова по величине во всех точках зазора (рис. 6.2). Рамка (см. рис. 6.1), укрепленная на оси, может вращаться в межполюсном зазоре. При вращении две ее стороны (на рис. 6.2 они перпендикулярны) постоянно пересекают радиальное магнитное поле в зазоре. Для уменьшения трения ось рамки оканчивается стальными кернами, опирающимися на подпятники, изготовленные из агата, рубина или корунда. С осью жестко связана стрелка прибора. При включении прибора в электрическую цепь ток проходит по виткам рамки. При этом на каждую сторону рамки, расположенную в магнитном поле зазора, действует сила F . С учетом числа витков рамки k согласно закону Ампера (6.4) имеем (6.5) здесь В - величин а магнитной индукции в зазоре; I - сила тока в рамке; l 1 - длина той стороны рамки, которая расположена в зазоре; направление силы F опре деляется правилом "левой руки". Каждая из сил F создает вращающий момент рамки, равный где l 2 - длина стороны рамки, не помещенной в зазор. Направление вектора М 1 можно определить по правилу "правого винта": если вращать винт так, как вращает рамку приложенная сила, то поступательное движение винта указывает направление вектора М 1 . На рис. 6.2 М 1 направлен по оси вращения рамки к нам и обозначен точкой. Момент пары сил, приложенных к рамке М = k BIl 1 l2 = kBIS , (6.6) где S - площадь рамки, 1 2 - длина второй стороны рамки. Величину k IS обозначают Р т и называют магнитным моментом рамки. Эту величину вводят как вектор и направляют по положительной нормали к рамке с током. Следовательно, P m = kISn , где п - единичный вектор вдоль положительной нормали к рамке. С введением вектора Р т выражение (6.5) можно записать в векторной форме: М = [ P m В] , (6.7) здесь В - магнитная индукция в тех местах зазора, где расположена рамка. Используя закон Ампера, нетрудно показать, что формула (6.7) справедлива также в случае, когда рамка с током расположена в однородном магнитном поле с индукцией В. При изменении направления тока в рамке направление каждой из сил F изменится на противоположное, и, следовательно, стрелка будет отклоняться в другую сторону от положения равновесия. Поэтому магнитоэлектрический измерительный механизм пригоден только в цепях постоянного тока. Для компенсации момента М служат пружины, скрепленные одним концом с осью рамки. При повороте рамки пружины создают момент сил упругости, пропорциональный углу поворота рамки (6.8) здесь С - жесткость пружины. Момент N всегда противоположно вращающему моменту М. Пока угол поворота мал (| М | > | N |), рамка продолжает вращаться под действием результирующего момента М - N. При этом угол увеличивается и вместе с ним увеличивается и N. Это происходит до тех пор, пока момент сил упругости пружин N не станет равным вращающему моменту М. Следовательно, угол, соответствующий установившемуся положению равновесия рамки, будет удовлетворять, согласно (6.6) и (6.8), равенству C = kBIS . (6.9) Из формулы (6.9) следует, что угол поворота рамки пропорционален току в ней. Поэтому шкала прибора магнитоэлектрической системы равномерная. По формуле (6.9) индукция магнитного поля в зазоре B = (6.10) что позволяет определить ее опытным путем, если измерить каким-либо образом величины С, , k , S . Практическая часть. Электрическая цепь : № п\п I, A , град В i , Тл | - B i | | - B i | 2 1. 0.06 12 0,0093 0,0001 1 2. 0.116 24 0,0096 -0,0002 4 3. 0,176 36 0,0095 -0,0001 1 4. 0,226 48 0,0098 -0,0004 16 5. 0,293 60 0,0095 -0,0001 1 6. 0,363 72 0,0092 0,0002 4 7 . 0,43 84 0,009 0,0004 16 336 0.0659 43 < > 48 0.0094 № п\п Инвентарный номер прибора С, 10 -8 S, 10 -6 м 2 k 3 096794 29 418 15 I . Найдём индукцию магнитного поля по формуле: ; II . Вычислим полуширину доверительного интервала по формуле: ; результат запишем в виде: B =0.0094 0.00 0 2 Тл, , При увеличении градуса для измерения магнитной индукции в зазоре прибора, увеличивается и сила тока. В ывод: я ознакомился с принципом действия измерительного прибора магнитоэлектрической системы, определил величину индукции магнитного поля в межполюсном зазоре прибора, исследовал графически зависимость угла поворота рамки прибора от силы тока в ней.

© Рефератбанк, 2002 - 2017