Изучение сил, действующих на проводник с током в магнитном поле.

Лабораторная работа №10.

1. Цель работы: закрепление теоретических знаний по теме 2.5. “Магнитное поле и его характеристики”,

приобретение практических навыков работы с постоянными магнитами и постоянными токами,

изучение методики расчетов сил магнитного взаимодействия

2. Порядок подготовки к выполнению работы изучить тему и материал лабораторной работы

3. Порядок выполнения лабораторной работы дан в упражнениях

4. Подведение итогов выполнения работы:

предъявить результаты, подготовка и оформление отчета, заполнить таблички, произвести обработку результатов измерений

5. техника безопасности при выполнении лабораторной работы стандартная с электрическими цепями и растворами солей

Цель работы: изучить характеристики сил действующих на твердые и жидкие проводники, помещенные или движущиеся в магнитном поле.

Оборудование: секундомер, постоянный магнит с наполюсниками, источник постоянного тока с амперметром и вольтметром, кювета с центральным и кольцевым электродами, медный стержень с постоянными проводами, набор гильз подвешенных на нитях.

Упражнение 1.

Порядок выполнения работы

1. Приготовить раствор соли NaCl в воде и залить его в кювету.

2. Установить кювету на полюс магнита и подключить провода от электродов к источнику тока. Убедиться, что источник тока выключен.

3. Подсоединить источник тока к сети 220В. Убедиться, что он работает вращением ручки регулятора напряжения. Стрелка на шкале вольтметра придет в движение.

4. Включить источник. Раствор в кювете начнет вращаться. Зная направление тока через кювету, по правилу левой руки определите, на каком полюсе магнита стоит кювета.

Упражнение 2.

1. Подвесьте металлический стержень известной массы m и длинны l на проводах на расстоянии 5 мм над полюсом магнита параллельно его плоскости.

2. Пропустите ток через стержень по правилам, указанным в упр.1.

Стержень отклонится.

3. Измерьте угол a отклонения нитей от вертикали.

По этим данным по известной силе тока определите индукцию магнитного поля .

tga = ; В =

Проделайте эксперимент несколько раз и данные занесите в таблицу.

Упражнение 2.

1.Подвесьте медную гильзу на непроводящих нитях над полюсом

магнита, образовав физический маятник.

2. Отклоните маятник на некоторый угол Ф₀

3. Сосчитайте число периодов №, за которые угол отклонения (амплитуда) уменьшается в 2 раза, секундомером зафиксируйте время t_n продолжительности этих колебаний. Определите период колебаний T = и коэффициент затухания β из соотношения.

; β =

Данные занесите в таблицу.

t_N

Объясните, под действием каких сил происходит торможение маятника.

4. Замените медную гильзу на деревянную и повторите опыт.

Контрольные вопросы.

1. Что такое сила Ампера? Как она направлена и к чему приложена?

2. Что представляет собой токи Фуко? В чем причина их появления?

Литература

1. И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.2. М., Наука, 1988 (§ 44, §90, § 63).

Упражнение 1. Определение индукции магнитного поля, созданного постоянным магнитом по отклонению проводника с током

Упражнение 2. Определение наименования полюса магнита с чашкой

Упражнение 3. Определение средней угловой скорости вращения электролита в чашке.

Упражнение 4. Определение знака носителей заряда в электролите

Проводник с током помещаем в магнитное поле. Для того, чтобы магнитное поле приблизить к проводнику, ставим наполюсник в виде усечённого конуса. Железо концентрирует силовые линии. Для того, чтобы магнитное поле было максимальным, надо чтобы направление тока и направление вектора B были перпендикулярны.

Под действием этой силы проводник отклоняется и наступает равновесие. .

Упражнение 1.

Зная , силу тока и длину проводника можно найти индукцию магнитного поля. . Массу проводника определим из измерений. . определяем из величины смещения проводника в магнитном поле (x) и длины подвеса (l). Поскольку угол отклонения мал, то . . В этой формуле длину проводника измерять не надо, но надо знать диаметр проводника и величину смещения.

L = 90 мм

I = 8 A

d = 6 мм

x = 21 мм

В = 0, 07196 Тл

Упражнение 2.

Определить наименование полюса магнита, в поле которого находится проводник. Для этого надо направление тока. Ток по проводнику идёт из экрана. Нужно определить, в какую сторону качнётся маятник. Полюс северный.

Упражнение №3.

Убираем проводник с током, ставим на полюс чашку с центральным и кольцевым электродом. Заливаем в чашку электролит. При подаче тока на электроды, жидкость приходит во вращение. + относится к центральному электроду. Ток идёт от центрального электрода к кольцевому, силовые линии в ладонь, вращение происходит по часовой стрелке.

Вывод: носителем заряда в электролите являются ионы.

Меняем полярность. При длительном пропускании тока цвет электролита изменился (приобрёл зеленоватую окраску). Это значит, что в раствор перешли ионы меди.