Дослідження сили магнітного поля, що генерується на котушці з допомогою магнітометра

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії

Джерело струму

Котушка
(200 витків мідного дроту)

Додаткове обладнання

Дві котушки, одна містить 50 витків мідного провідника, а інша - 100.

Мультиметр

З’єднувальні
провідники

Магнітометр

Лінійка.

Перевіряємо:

- Навколо будь-якого провідника, у якому є електричний струм, формується магнітне поле. Це магнітне поле можна виявити за допомогою магнітометра.

- Магнітне поле кількох провідників додається (векторно), тому магнітне поле навколо довгого провідника намотаного на котушку, є потужнішим, ніж те, що формується навколо прямого провідника. Також сила магнітного поля котушки напряму залежить від кількості витків провідника.

- Сила магнітного поля у центрі котушки розраховується за формулою: B = μ0 ⋅ I n / 2R, де I - сила струму, n - кількість витків провідника намотаних на рамку, R - радіус рамки та μ0 - магнітна константа, яка дорівнює 1,2566371 × 10-6 Н/А2.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.

2. Вмикаємо блок живлення, виставляємо на ньому постійний струм з вихідною напругою 5 В.

3. Приєднуємо сенсор магнітного поля до мультиметра та вмикаємо останній. Натисканням на кнопку налаштування переводимо мультиметр у режим вимірювання загальної сили магнітного поля.

4. Беремо котушку, що містить 50 витків мідного провідника. За допомогою лінійки вимірюємо її радіус. Далі обережно поміщаємо у центр рамки сенсор. Переконуємося, що магнітне поле у центрі котушки лише не значно відрізняється від фонового, або взагалі не відрізняється.

5. Приєднуємо котушку до джерела живлення. Знову поміщаємо рівно у центр котушки сенсор магнітного поля та фіксуємо середнє значення сили магнітного поля. Також звертаємо увагу на силу струму, яку вимірює джерело живлення.

6. Розраховуємо силу магнітного поля згідно з формулою та порівнюємо її із виміряними за допомогою сенсору. Переконуємося, що отримані нами значення сили магнітного поля дослідним шляхом та за допомогою розрахунків є рівними (у межах похибки).

7. Повторюємо кроки 4-5, але з котушкою, що містить 100 витків мідного провідника. Переконуємося, що сила магнітного поля котушки збільшилась, а сила струму у колі дещо зменшилась. Розраховуємо силу магнітного поля згідно з формулою та порівнюємо її із виміряними за допомогою сенсору. Переконуємося, що отримані нами значення сили магнітного поля дослідним шляхом та за допомогою розрахунків є практично рівними (у межах похибки).

8. Нарешті повторюємо кроки 4-6 з котушкою, яка містить 200 витків мідного провідника. Переконуємося, що сила магнітного поля у центрі котушки лише трохи збільшилась (або залишилась практично незмінною) у порівнянні з котушкою, що містила 100 витків, оскільки сила струму у колі суттєво зменшилась. Знову розраховуємо силу магнітного поля згідно з формулою та порівнюємо отримане значення із значенням отриманим дослідним шляхом. Переконуємося, що ці результати є практично рівними (у межах похибки).

Висновок:

Таким чином, під час виконання досліду ми переконались, що навколо котушки з провідником формується магнітне поле, сила якого прямо залежить від кількості витків провідника, а також сили струму у колі.