wiczenie 7 ”Elektromagnes”
Temat: Badanie pola magnetycznego
Cel: Pomiar indukcji magnetycznej przy uyciu wagi i cechowanie halotronu
Przyrzdy: Elektromagnes z zasilaczem, amperomierz, woltomierz, halotron, waga, cewka, zasilacz
I. Metoda pomiaru
Na adunek elektryczny poruszajcy si w polu magnetycznym dziaa sia zalena od intensywnoci pola magnetycznego, wielkoci adunku, wartoci prdkoci adunku oraz od kta pomidzy kierunkiem pola magnetycznego i kierunkiem prdkoci adunku. Intensywno i kierunek pola magnetycznego okrelana jest przez wektorow wielko nazywan indukcj pola magnetycznego, oznaczan symbolem B. Sia ta, nazywana si Lorentza, jest prostopada do kierunku prdkoci adunku i do kierunku indukcji magnetycznej. Skutkiem istnienia siy Lorentza jest sia elektrodynamiczna oraz zjawisko Halla.
Rys.1. Sia Lorentza dziaajca na elektrony w przewodniku z prdem elektrycznym
Przewodnik metaliczny zawiera swobodne elektrony walencyjne oraz nieruchome rdzenie atomowe naadowane dodatnio. Na rysunku 1 schematycznie rdzenie s przedstawione kwadratami, a elektrony okrgami. Gdy w przewodniku tym pynie prd elektryczny o nateniu I w prawo, to elektrony walencyjne maj prdko redni skierowan w lewo. Jeli indukcja pola magnetycznego jest skierowana pionowo w dó, to na elektrony walencyjne dziaa sia Lorentza skierowana do tylnej krawdzi tego przewodnika, natomiast na nieruchome rdzenie atomowe nie dziaa sia Lorentza. Pierwszym skutkiem siy Lorentza jest wypadkowa sia dziaajca na przewodnik w kierunku tylnej krawdzi, nazywana si elektrodynamiczn. Drugim skutkiem jest przesunicie swobodnych elektronów w kierunku tylnej krawdzi, co spowoduje, e przednia krawd bdzie miaa wyszy potencja ni tylna. Powstajce napicie skierowane prostopadle do kierunku przepywu prdu nazywane jest napiciem Halla.
Przy kierunku prdu prostopadym do kierunku pola magnetycznego warto siy dziaajcej na odcinek o dugoci L jest równa:
. (1)
Warto napicia Halla jest równa:
, (2)
gdzie wspóczynnik proporcjonalnoci k zaley od wymiarów poprzeczych przewodnika i od rodzaju materiau.
Ze wzoru (1) wynika, e mierzc natenie prdu, dugo przewodnika i si potrafimy wyznaczy warto indukcji magnetycznej. Pomiar natenia prdu i napicia Halla umoliwia wyznaczenie indukcji magnetycznej jeli znamy wspóczynnik k we wzorze (2). Sta t mona wyznaczy, gdy dokonamy pomiaru napicia Halla przy znanym nateniu prdu I i wartoci indukcji B.
W wiczeniu laboratoryjnym dysponujemy elektromagnesem wytwarzajcym poziome pole magnetyczne. Prostoktna cewka po zawieszeniu na wadze posiada doln cz uzwojenia w polu magnetycznym elektromagnesu (rys. 2). Po wczeniu prdu w uzwojeniu cewki dziaa na ni sia elektrodynamiczna jak przedstawiono na rysunku. Siy dziaajce na pionowe odcinki kompensuj si. Nieskompensowana sia dziaajca na dolny poziomy odcinek uzwojenia zwiksza ”efektywny ciar cewki”. Wykonujc dwukrotnie waenie cewki (z wyczonym prdem w cewce i z wczonym) moemy obliczy warto siy dziaajcej na cewk w polu magnetycznym. Sia ta jest równa rónicy ciarów:
. (3)
Poniewa cewka zawiera n=8 zwojów, to warto siy dziaajcej na cewk zgodnie z (2) wynosi:
, (4)
gdzie L równe dugoci poziomego boku cewki wynosi 4,5 ± 0,1 cm.
Porównujc (3) i (4) otrzymujemy:
Rys.2.
. (5)
Wac dwukrotnie cewk i mierzc natenie prdu w cewce mona obliczy indukcj pola magnetycznego.
W wiczeniu dysponujemy halotronem, tzn. elementem przystosowanym do pomiaru naicia Halla. Gdy dokonamy pomiaru indukcji przez pomiar siy elektrodynamicznej, to moemy w tym samym polu magnetycznym wycechowa halotron. Robimy to przez wstawienie halotronu w znane pole magnetyczne, wczenie przepywu prdu przez halotron. Dokonujemy pomiarów natenia prdu w halotronie i napicia poprzecznego wytworzonego w halotronie. Po podstawieniu do wzoru (2) obliczamy wspóczynnik k. Po wyznaczeniu tego wspóczynnika moemy stosowa halotron do wyznaczania indukcji magnetycznej zgodnie ze wzorem:
, (6)
gdzie IH oznacza natenie prdu w halotronie, a UH napicie wytworzone przez halotron.
II. Wykonanie pomiarów i opracowanie wyników.
Zawie prostoktn cewk na szalce wagi. Podcz przewody zasilajce do cewki i do zasilacza przez amperomierz. Wcz amperomierz i zasilacz. Ustaw natenie prdu w cewce w przedziale 0,3-0,5 A. Wycz chwilowo prd w cewce.
Wcz elektromagnes, ustaw natenie prdu elektromagnesu okoo 5 A.
Zwa bardzo starannie cewk przy wyczonym prdzie w cewce. Zanotuj m1.
Wcz prd w cewce. Jeli ciar cewki pozornie zmala, to zmie kierunek prdu w cewce. Zwa znowu starannie cewk. Zanotuj m2.
Wycz prd w cewce. Pozostaw nieruchomo pokrto regulacji natenia prdu elektromagnesu. Wycz prd w elektromagnesie.
Oblicz indukcj magnetyczn wedug wzoru (5). Przedstaw wynik prowadzcemu. Jeli akceptuje to rozpocznij przygotowania do cechowania halotronu.
Odcz przewody zasilania od cewki i zdejmij j z szalki wagi. Wprowad halotron pomidzy bieguny elektromagnesu. Podcz przewody zasilania halotronu prdem do zasilacza przez miliamperomierz. Ustaw paszczyzn halotronu prostopadle do pola magnetycznego.
Wcz zasilanie prdem halotronu i ustaw natenie tego prdu w przedziale 2-4 mA. Wcz przewody napiciowe halotronu do woltomierza i wcz woltomierz. Bdzie on pokazywa mae napicie.
Wcz zasilacz elektromagnesu. Nie pokrcaj regulacji natenia prdu. Po kilku sekundach natenie prdu osignie warto identyczn jak podczas pomiarów siy elektrodynamicznej.
Zmierz napicie halotronu. Podstawiajc do równania (2) oblicz wspóczynnik k. Po obliczeniu go halotron jest ju wycechowany do pomiarów indukcji magnetycznej zgodnie ze wzorem (6). Warto indukcji obliczona bya w punkcie 6.
Dla natenia prdu elektromagnesu od 0 do 8 A zmieniajc co 0,5 A zmierz natenie prdu elektromagnesu Iem, natenie prdu w halotronie IH i napicie wytwarzane przez halotron UH. Wyniki zanotuj w tabeli.
Iem |
IH |
UH |
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zredukuj prd w elektromagnesie. Wycz elektromagnes i pozoatae przyrzdy.
Oblicz wartoci indukcji magnetycznej i wpisz je do 4-tej kolumny.
Przeanalizuj co byo zmierzone najmniej dokadnie przy wyznaczaniu indukcji magnetycznej z pomiaru si. Oszacuj wzgldn niedokadno tego pomiaru. Wszystkie pozostae wielkoci maj wzgldne niedokadnoci bardzo zblione. Podaj jaka jest niedokadno indukcji magnetycznej w 4-tej kolumnie tabeli.
III. Pytania kontrolne
Jak sia oddziaywuje w polu magnetycznym na adunek ?
Jaka sia oddziaywuje w polu magnetycznym na przewód z prdem elektrycznym ?
Na czym polega zjawisko Halla ?
Metoda wyznaczania indukcji magnetycznej przy uyciu pomiaru siy elektrodynamicznej.
Metoda wyznaczania indukcji magnetycznej przy uyciu halotronu.
Jak wycechowa halotron do pomiarów indukcji magnetycznej ?
Co to jest tesla ? Jak jest zdefiniowana ?
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Ćw nr 9 termoparan, ?wiczenie 7
INSTRUKCJE, Ćw nr 7. Elektromagnes, Ćwiczenie 7
Ćw nr 5. Charakterystyki I - U, ?wiczenie 7
Ćw nr 16. Kondensator, Kondensatorem nazywa si? dwa przewodniki elektryczne, odizolowane od siebie n
Ćw nr 6 Badanie przetworników prądowych stosowanych e elektroenergetycznej automatyce zabezpieczenio
Cw nr 1a z energetyki, SGSP, SGSP, cz.1, elektroenergetyka, energetyka, Energetyka
Ćw. nr 17 - Badanie instalacji elektrycznej, Ćw. nr 17 - Badanie instalacji elektrycznej
Cw nr 09 Elektropneumatyczne sterowanie
Cw nr 16 Elektropneumatyczne sterowanie
INSTRUKCJE, Ćw nr 16. Kondensator, Kondensatorem nazywa się dwa przewodniki elektryczne, odizolowane
ćw nr 4 Liniowe i nieliniowe elementy bierne obwodów elektrycznych
nr cw 3 moje, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, la
Pojemność elektryczna kondensatora, Fizyka Sprawozdania, Ćw nr 21
Cw nr 12 Elektropneumatyczne sterowanie
Laboratorium Podstaw Elektroniki Ćw nr 5 Bielewicz, Bąkowski, Jura
więcej podobnych podstron