Ćwiczenie 13 v
advertisement
XX LO Ćwiczenie 11 wersja V.15 Ile waży prąd ? Co powinieneś wiedzieć przed rozpoczęciem wykonywania ćwiczenia: 1. 2. 3. 4. 5. Jak uzyskać prąd o natężeniu 0,5A? (dysponujemy zasilaczem 3V) Dlaczego w tym ćwiczeniu waga laboratoryjna jest lepsza od wagi elektronicznej? Gdzie występuje pole magnetyczne? Jakie siły działają w polu magnetycznym? Co to jest wektor indukcji pola magnetycznego? Jaki ma symbol? Lista przyrządów: 1. Waga laboratoryjna z odważnikami 2. Zasilacz (ładowarka), opornik, włącznik, przewody 3. Zestaw do badania siły elektrodynamicznej 4. Zestaw do badania indukcji pola magnetycznego 5. Magnes Opis ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskami elektromagnetycznymi. W tym doświadczeniu masz za zadanie w sposób doświadczalny poznać siłę elektrodynamiczną. Konkretnym celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości wektora indukcji pola magnetycznego między biegunami magnesu podkowowego.. Pole magnetyczne jest to obszar, w którym działają siły magnetyczne. Występuje ono w dwóch rodzajach: albo w pobliżu magnesów, albo (co znacznie bardziej pożyteczne) w pobliżu przewodników, w których płynie prąd. Ten drugi sposób wytwarzania pola magnetycznego ma bardzo szerokie zastosowania w technice. Linie pola magnetycznego są przedstawione na rysunku obok. W obszarze wokół magnesu biegną one zawsze od bieguna północnego (N) do południowego (S). Wzdłuż tych linii możemy narysować wektor indukcji pola magnetycznego. Wektor Indukcji pola magnetycznego (B) to wielkość fizyczna, która mówi nam jak silne jest pole magnetyczne w danym punkcie. W polu magnetycznym działają dwie siły: siła Lorentza siła elektrodynamiczna. Siła Lorentza działa na naładowaną cząstkę, która porusza się w polu magnetycznym (nią nie będziemy się dziś zajmować). Siła elektrodynamiczna jest to siła, która działa na przewodnik z prądem znajdujący się w polu magnetycznym. Jest ona wyrażona wzorem : gdzie: - B to wektor indukcji pola magnetycznego (informuje nas jak silne jest pole magnetyczne w danym miejscu) - I to natężenie prądu - l to długość przewodnika - α jest kątem między kierunkiem przepływu prądu a kierunkiem linii pola magnetycznego. Silę elektrodynamiczną można wyznaczyć regułą lewej dłoni. Kierunek siły w zależności od kierunku prądu i linii pola magnetycznego pokazuje zamieszczony powyżej rysunek. Jak widać aby siła elektrodynamiczna była różna od 0 w przewodniku, który znajduje się w polu magnetycznym, musi płynąć prąd, ale także musi on znajdować się pod odpowiednim kątem w stosunku do linii pola magnetycznego, aby sinus kąta ni był równy 0. Wyznaczenie wartości wektora indukcji pola magnetycznego Do wyznaczenia wartości wektora indukcji pola magnetycznego posłuży odpowiedni przyrząd. Dokładny jego opis i sposób działania znajduje się w instrukcji dołączonej do niego. Zasada działania nie jest zbyt skomplikowana - gdy w ramce będzie płynął prąd i będzie ona w polu magnetycznym, nastąpi pozorna zmiana ciężaru tej ramki. Ta zmiana to wartość siły elektrodynamicznej. Należy zauważyć, że w ramce znajduje się 5 zwojów. Dlatego też pozorna zmiana ciężaru jest równa wartości siły elektromotorycznej pomnożonej przez 5. Inaczej mówiąc: gdy umieścisz jeden z boków ramki wykonanej z przewodnika w polu magnetycznym, podłączysz ja do prądu, a całą ramkę zawiesisz na wadze wówczas ramka "będzie miała inny ciężar" niż gdy wisiała bez magnesu i prądu. Różnica tych ciężarów to siłą elektrodynamiczna. Przed przystąpieniem do wykonania tej części zadania musisz odpowiednio ustawić wagę laboratoryjną. Za jej pomocą uzyskasz informacje jaka jest wartość szukanej siły. W tym wypadku wagę będziemy traktować jak siłomierz. Być może się zastanawiasz, dlaczego nie używamy w tym ćwiczeniu wagi elektronicznej. Odpowiedzią jest dokładność wagi. Wagą szalkową możemy mierzyć masę z dokładnością do 0,01g. Przebieg ćwiczenia Zadanie wstępne. Zbuduj obwód prądu stałego, w którym popłynie prąd o natężeniu od 0,5A do 1A. Wykorzystaj zasilacz(ładowarkę), opornik o oporze kilku omów, amperomierz przewody oraz włącznik. Obwód powinien być zbudowany w taki sposób, aby można było zmieniać natężenie prądu. Jako opornika można użyć zwojnic (należy je pożyczyć od grupy robiącej inne doświadczenie) Przed włączeniem zasilacza skontaktuj się z nauczycielem. I. Wyznaczenie wartości wektora indukcji pola magnetycznego - sposób 1 1. Przygotuj przyrząd do pomiarów. Wykorzystaj instrukcję dołączoną do zestawu. a. Zawieś ramkę i szalkę b. Dobierz tak odważniki i ciężarki przy ramce, aby waga była w równowadze. 2. Podłącz ramkę do źródła prądu; aby nie uszkodzić spiralnych sprężynek doprowadzających prąd do uzwojeń ramki natężenie prądu nie powinno przekraczać 0,8A 3. Połóż magnes w kształcie podkowy w pobliżu dolnego boku ramki. Sprawdź jak należy go umieścić względem ramki, aby siła elektrodynamiczna była maksymalna, a jak aby miała ona wartość 0 (obracaj magnesem) 4. Umieść magnes w taki sposób, aby siła elektrodynamiczna działająca na ramkę była skierowana w dół. Im silniejszy magnes, tym efekt będzie lepiej widoczny. 5. Odczytaj wartości natężenia prądu płynącego przez ramkę 6. Poprzez dołożenie odpowiednich odważników odczytaj wartość siły elektrodynamicznej (pozorną zmianę ciężaru ramki). Wynik umieść w tabeli Masa dołożonych odważników Ciężar dołożonych odważników Wartość siły elektrodynamicznej (różnica ciężaru/5) Fed Natężenie prądu I Długość ramki (część obejmowana przez magnes) l Wartość wektora indukcji pola magnetycznego B 7. Czynności z punktu 5 i 6 należy powtórzyć dla pięciu różnych wartości natężenia prądu płynącego przez ramkę. Wyniki umieść w kolejnych wierszach tabeli 8. Zmierz długość uzwojenia poziomego ramki znajdującej się w polu magnetycznym (l) - jest ona w przybliżeniu równa grubości magnesu. 9. Oblicz średnią wartość wektora indukcji pola magnetycznego. Skorzystaj ze wzoru: 10. Sporządź wykres wartości siły elektrodynamicznej w zależności od natężenia prądu płynącego w ramce. II. Wyznaczenie wartości wektora indukcji pola magnetycznego - sposób 2 1. Przy pomocy wagi elektronicznej zmierz masę wiszącej części ramki. 2. Zmontuj ramkę na statywie, aby ramka znajdowała się w polu magnetycznym, jak na rysunku. 3. Podłącz ramkę do zestawu przygotowane we wstępnej części ćwiczenia. 4. Ustaw parametry prądu w taki sposób, aby jego natężenie wynosiło około 0,5A. 5. Umieść magnes (im więcej tym lepiej) w taki sposób, aby pozioma część ramki znajdowała się między jego biegunami. Jeżeli ramka nie ulega odchyleniu zwiększ natężenie prądu. Jeżeli masz zamiar to zrobić najpierw skontaktuj się z nauczycielem. 6. Ustal kąt, o jaki odchyliła się ramka, gdy znalazła się w polu magnetycznym 7. Wyniki umieść w tabeli. Masa ramki m Tangens kąta odchylenia ramki tg α Natężenie prądu I Długość ramki (część obejmowana przez magnes) l Wartość wektora indukcji pola magnetycznego B 8. Wartość wektora indukcji mola magnetycznego oblicz ze wzoru: 9. Kilkukrotnie zmień natężenie prądu i powtórz obliczenia. Na końcu podaj średnią wartość wektora indukcji pola magnetycznego.
