Elektromagnes - ćwiczenie

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 d, 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 elektronw 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 odugoci L jest rwna: . (1)
Warto napicia Halla jest rwna:
, (2)
gdzie wspczynnik proporcjonalnoci k zaley od wymiarw 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 wspczynnik 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 wpolu 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 rwna rnicy ciarw:
... zobacz całą notatkę