ĆWICZENIE 68 POMIAR INDUKCJI MAGNETYCZNEJ ZA POMOCĄ TESLOMIERZA POLE MAGNETYCZNE

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 68 POMIAR INDUKCJI MAGNETYCZNEJ ZA POMOCĄ TESLOMIERZA POLE MAGNETYCZNE Wpwadzenie Ple magnetyczne występuje wkół magnesów twałych, pzewdników z pądem, uchmych ładunków elektycznych a także wkół wielu ciał niebieskich w tym ównież i Ziemi. Źódłem pla są uchme ładunki elektyczne, pzepływ pądu elektyczneg az biekty psiadające mment magnetyczny. Każdy magnes jest diplem psiadającym dwa bieguny magnetyczne: półncny ( N ) i płudniwy (S ). Rys. 1 Ple magnetyczne mżemy pisać gaficznie pzy pmcy linii sił. Zgdnie z pzyjętą umwą wybiegających z bieguna półncneg a wbiegających d bieguna płudniweg ( ys. 1). Bieguny jednimienne dpychają się a óżnimienne pzyciągają się. Źódłem pla magnetyczneg w magnesach twałych są upządkwane pądy atmwe dające w knsekwencji upządkwane mmenty magnetyczne. Ple magnetyczne pwstaje wkół pzewdników z pądem. Zależnie d natężenia płynąceg pądu az d śdwiska wypełniająceg pzestzeń wkół pzewdnika. Wkół linweg pzewdnika z pądem pwstaje ple magnetyczne, któeg linie sił są współśdkwymi kęgami śdkach leżących w śdku pzewdnika. Ćwiczenie 68 1

2 Rys. Kieunek linii sił wyznaczamy stsując egułę śuby pawskętnej, któą mżemy sfmułwać następując: jeżeli śubę pawskętną będziemy wkęcali zgdnie z umwnym kieunkiem pzepływająceg pądu, wówczas kieunek btu śuby wskaże nam zwt linii sił pla magnetyczneg. Zmysły człwieka nie są ważliwe na bezpśednie ddziaływanie magnetyczne, aby je bsewwać musimy się psłużyć wskaźnikami. Mgą nimi być małe magnesy bacające się z niewielkim taciem (igły magnetyczne) lub uchme ładunki na nśnikach niewielkiej masie. Weźmy pd uwagę pzewdnik linwy, w któym płynie pąd natężeniu I. Niech ównlegle d pzewdnika pzemieszcza się z pędkścią v punktwy ładunek q +. Rys. 3 Łatw się pzeknać, że siła z jaką ddziałuje ple magnetyczne pądu na ładunek q F ~ q i F ~ v. Jeżeli dległść ładunku q d pzewdnika w danej chwili jest ustalna, wówczas F ~ q v. Zapisując statnią ppcjnalnść ównaniem tzymamy F = k q v, (1) Ćwiczenie 68

3 skąd F k =, qv gdzie: k - jest paametem zależnym d płżenia zważaneg punktu względem pzewdnika i d natężenia I płynąceg pądu. Wielkść ta jest chaakteystyczna dla śdka w pbliżu pzewdnika, a więc dla pla magnetyczneg. Nazywamy ją indukcją magnetyczną i znaczamy liteą B. Zatem F B =, () qv gdzie F jest siłą Lentza. Nie tudn zauważyć, że: F = B q v. (3) Ładunek mże pzemieszczać się w spsób dwlny, wówczas siła Lentza wyazi się wzem. F = q( vxb). (4) Stąd wynika, że F ν i F B. W tym pzypadku mduł siły F = qvb sinα, (5) gdzie: α - jest kątem jaki twzą wekty ν i B. Zjawisk pisane wzem 4 i 5 ilustuje ysunek 4. Rys. 4 Wekt indukcji magnetycznej B jest styczny d linii sił i zgdnie skiewany z ich zwtem. Analizując wzó 5, stwiedzamy, że jeśli α = 0 lub α = π, t sin α = 0 i F = 0, t znaczy, że jeżeli ładunek pusza się zgdnie lub niezgdnie z kieunkiem linii sił, wówczas nie ma ddziaływań między ładunkiem a plem. Zdajemy sbie spawę, że puszający się ładunek jest minipądem, a zatem źódłem Ćwiczenie 68 3

4 pla magnetyczneg. Oddziaływanie między pzewdnikiem z pądem a uchmym ładunkiem jest ddziaływaniem między plami magnetycznymi. Zwt siły Lentza zależy d kieunku uchu ładunku elektyczneg, jeg znaku az zwtu wekta indukcji magnetycznej pla wytwzneg pzez pzewdnik z pądem. Umwny kieunek pzepływająceg pądu jest wyznaczny pzez kieunek i zwt pędkści ładunków ddatnich. Niech pąd natężeniu I płynie pstpadle d katki papieu i jest skiewany d góy, ddatni ładunek q pusza się ównlegle d pzewdnika ównież ku góze, wówczas siła Lentza będzie zakzywiała t ładunku d pzewdnika, c dbze ilustuje ysunek 5. Rys. 5. Zgdnie z tzecią zasadą dynamiki Newtna F p = F, gdzie F p jest siłą działającą na pzewdnik a F q siłą działającą na ładunek. Ple magnetyczne między pzewdnikiem a ładunkiem ulega słabieniu pnieważ wekty indukcji magnetycznej skiewane są pzeciwnie, a na zewnątz zgdnie, c daje wzmcnienie pla. Siły działają d pla silniejszeg d słabszeg, dlateg ładunek będzie pzyciągany a jeg t zakzywi się w kieunku pzewdnika. Łatw zauważyć, że w pzypadku uchu ładunku ddatnieg w pzeciwną stnę nastąpi dpychanie i t zakzywiać się będzie d pzewdnika. W ten spsób spwadziliśmy ddziaływanie między uchmym ładunkiem a płynącym pądem d ddziaływania między plami magnetycznymi. Mżna sądzić, że jeżeli ładunek biegnący ównlegle d pzewdnika zastąpimy pzewdnikiem z pądem, t ddziaływanie między nimi spwadzi się d ddziaływań między plami wytwznymi pzez pądy ównległe. Zatem dwa pzewdniki ównległe, w któych płyną pądy zgdnie skiewane będą się pzyciągały, a pzeciwnie skiewane - dpychały. q Ćwiczenie 68 4

5 Rys. 6 Ważną cechą pla magnetyczneg jest jeg względnść. Rdzaj pla zależy d umiejscwienia bsewata. Dla bsewata spczywająceg względem ładunku elektyczneg istnieje tylk ple elektyczne. Jeżeli ten sam bsewat stanie się bsewatem uchmym względem ładunku, wówczas stwiedzi istnienie pla magnetyczneg. Mżna zatem pzyjąć, że ple magnetyczne jest wynikiem miejsca bsewacji i uchu ładunków lub spczynku względem bsewata. Wygdniej mówić istnieniu pla elektmagnetyczneg. Kzystając ze szczególnej teii względnści i względnści pla magnetyczneg az związku () łatw bliczyć watść wekta indukcji magnetycznej. Dla pzewdnika liniweg, w któym płynie pąd natężeniu I w dległści d jeg si indukcja magnetyczna gdzie I B = µ π, (6) µ = 1 ε c, jest współczynnikiem chaakteyzującym własnści magnetyczne póżni i zależnym d wybu jednstek, ε znacza tu pzenikalnść elektyczną póżni, a c - pędkść zchdzenia się światła. W układzie SI: µ = 4π 10-7 H/m ( H- hen, m - met ). Indukcja magnetyczna jest ściśle związana ze śdwiskiem, ujawnia się t występwaniem we wzach współczynnika µ, gdy tczenie jest póżnią, lub µ, gdy tczeniem jest dwlne śdwisk mateialne. Analizując wzó (6), łatw zauważyć, że dla I = cnst, indukcja magnetyczna B zależy tylk d płżenia, Ćwiczenie 68 5

6 B = f ( ), (7) gdzie = 1, a zatem jest funkcją płżenia. Badając óżne pzypadki indukcji, stwiedzamy, że zależnść (7) jest pawdziwa nie tylk dla pądów liniwych, więc wekt B jest wielkścią chaakteyzującą ple magnetyczne. Badając indukcję magnetyczną w znacznej mieze badamy ple magnetyczne. Natężenie pla magnetyczneg H w układzie SI jest wielkścią niemiezalną. Dla pzewdnika liniweg z pądem natężeniu I I H =. (8) π Pównując (6) i (7) łatw dstzec związek między B i H B = µ H, (9) lub wektw B = µ H, (10) pnieważ µ > 0, t B H. Dla dwlneg śdwiska B = µµ H. (11) Oznaczając B = µ H, (1) dstaniemy B = µ B. (13) Analizą µ zajmiemy się niec później. Miaą stumienia indukcji magnetycznej φ = B S, (14) gdzie S = ns ; n - jednstkwy wekt nmalny, S - wielkść pwiezchni pzez któą stumień pzepływa. Rys. 7 Psługując się skalaami wzó (14) da się zapisać w pstaci φ = B S cs α. (15) Ćwiczenie 68 6

7 Zagadnienie t dbze ilustuje ysunek 7. W pzypadku gólnym, gdy pwiezchnia jest dwlna, a indukcja magnetyczna zmienna, stumień φ = BndS. (16) Stumień indukcji magnetycznej pzez pwiezchnię zamkniętą zawsze jest ówny ze. Własnść dść łatw dczuć intuicyjnie. Kzystając z wzu (16), mżemy zapisać φ = BndS = 0. (17) Zakładając, że pwiezchnia S jest zpięta na bjętści V, mżemy psłużyć się twiedzeniem Gaussa, wówczas tzymamy zależnść divb v = 0. (18) Stąd wynika slenidalnść pla magnetyczneg. Jest t ple bezźódłwe. Objawia się t między innymi tym, że linie sił pla są zamknięte. Jeżeli dcinek pzewdnika dl, w któym płynie pąd natężeniu I umieścimy w plu magnetycznym B, t pdziała na nieg siła będąca sumą sił Lentza działających na wszystkie elektny pzewdnika. Skzystajmy z ównania (4). Oznaczmy pzekój pzewdnika pzez S liczbę elektnów pzewdnika w jednstce bjętści pzez N. ładunek elementany pzez e, t siła Lentza działająca na ten dcinek wyazi się wzem df = NeSdl v B. ( ) Pnieważ nśniki pzemieszczają się wzdłuż pzewdnika z pędkścią v t mżemy zapisać dlv = vdl. Natężenie pądu I = NeSv. Zatem df = I dl B. ( ) Jest t siła Ampee a działająca na element pzewdnika dl umieszczny w plu magnetycznym B. Dla całeg pzewdnika F = I ( dl B). (19) Ćwiczenie 68 7

8 Dla pzewdnika liniweg i pla jedndneg statni wzó pzechdzi w wyażenie F = I ( l B), (0) a jeżeli l B, t F = I l B. (1) F jest siłą elektdynamiczną. Ważną wielkścią chaakteyzującą własnści magnetyczne pądów elementanych jest mment magnetyczny. Dla dwlneg pądu natężeniu I pływająceg pwiezchnię S mment magnetyczny bliczymy ze wzu P = m IS. () Kieunek i zwt mmentu magnetyczneg pisany jest pzez kieunek i zwt wekta nmalneg d pwiezchni S. Rys. 8 W planetanym mdelu Bha atmu wdu mżna uważać, że uch elektnu wkół jąda jest elementanym pądem natężeniu ev I =. π Mment magnetyczny P = 1 m ev. Pzypisując elektnwi mment pędu L = mv tzymamy P = 1 m L m, (3) zależnść na mment magnetyczny elementaneg pądu elektnweg. Dużym pblemem, w pzypadku pla magnetyczneg, jest znajdwanie indukcji magnetycznej. Ze względnści pla magnetyczneg indukcję liczymy w najpstszych pzypadkach. W dalszych zważaniach pzedstawimy dwa pawa ułatwiające achunki. Wpwadźmy pjęcie wiwania pla C. Zdefiniujmy je całką liczną wzdłuż kntuu Γ. Ćwiczenie 68 8

9 C = Bdl Γ (4) Rys. 9 W pzykładzie pzedstawinym na ysunku 9 wiwanie mżna bliczyć z sumy n C = l i B i, gdzie l i = Γ. Zbadajmy ple magnetyczne wytwzne wkół pzewdnika liniweg. Dla wygdy ppwadźmy kntu Γ wzdłuż linii sił. i= 1 Rys. 10 Wekty B w óżnych punktach kntuu mają taką samą watść i są styczne d kntuu Γ, zatem C = B dl = B dl = B dl, statecznie Pnieważ Γ Γ C = B π. I B = µ π, stąd C = µ I. Okazuje się, że dla każdeg kntuu zamykająceg pądy natężeniu I statnia zależnść jest pawdziwa. Mżemy zatem napisać Ćwiczenie 68 9

10 B dl = µ I Γ. (5) Jest t matematyczna pstać pawa Ampee a. Zastsujmy ją d bliczenia indukcji magnetycznej wewnątz slenidu zawieająceg n zwjów w jednstce długści. Rys. 11 Naysujmy kntu w kształcie pstkąta dłuższych bkach ównległych d si slenidu. Zzutujmy bk slenidu na płaszczyznę. Rys. 1. Kieunek biegu kntuu znaczyliśmy stzałkami i jest n zgdny z kieunkiem pla wewnątz. Cykulacja C = C1 + C + C3 + C4, liczna na każdym bku kntuu. Łatw zauważyć, że C1 = C3 a suma C1 + C3 = 0 Na zewnątz ple jest badz słabe i mżemy je zaniedbać, zatem C 4 = 0, więc C = C. Ale C = Bl. Kzystając z pawa Ampee a (5) tzymujemy Ćwiczenie 68 10

11 Bl = µ NI, gdzie N jest liczbą pądów zamkniętych wewnątz kntuu, więc N B = µ l I ni = µ. (6) Ple wewnątz nieskńczenie długieg slenidu jest jedndne i zależne d natężenia płynąceg pądu. Zauważmy, że paw Ampee a jest całkwą pstacią ównania Maxwella dla pądów pzewdzenia. Innym ważnym pawem jest paw Bita - Savata. Sfmułujemy je w pstaci całkwej µ I dl B =. (7) 4π Stswanie jeg zależy d mżliwści wyknania całkwania. W niektóych pzypadkach wyniki tzymuje się badz pst. Stsując paw Bita - Savata bliczymy indukcję magnetyczną w śdku pądu kłweg. Rys. 13 Równanie (7) dla teg pzypadku zapisuje się badz pst, b dl, stąd dl = dl, az = cnst, wówczas µ I µ I B = dl = π, 4π Γ 4π czyli I B = µ. (8) Śdwisk, ze względu na własnści dzielimy na diamagnetyki, paamagnetyki i femagnetyki. Diamagnetyki t substancje, któe w plu magnetycznym zmniejszają indukcję magnetyczną. Mmenty magnetyczne pądów atmwych znszą się i wypadkwy mment jest ówny ze. B = µ B, gdzie µ < 1, µ = cnst, i B < B, i B ~ B. Ćwiczenie 68 11

12 Watść indukcji słab zależy d pla magnetyczneg. Pzykładem diamagnetyków są: wdó, wda, szkł. Najpwszechniej w pzydzie występują paamagnetyki. Mmenty magnetyczne pjedynczych pądów atmwych są niewielkie ale P m 0, miezymy je zgdnie z kieunkiem pla magnetyczneg. Indukcja magnetyczna w śdwisku paamagnetycznym niec wzasta, µ > 1, µ = cnst, B = µ B, B > B i B ~ B. Pzykładem paamagnetyków są: platyna, gafit, tlen. Badz silnie na zewnętzne ple magnetyczne eagują femagnetyki. Wewnątz wyóżnia się bszay upządkwanym mmencie magnetycznym tzw. dmeny. W zewnętznym plu, mmenty magnetyczne bszau w zależnści d wielkści pla magnesująceg ustawiają się zgdnie z plem. Stpień upządkwania mmentów magnetycznych dmen względem pla zależy d wielkści B zewnętzneg pla magnesująceg. Współczynnik µ zależy d pla magnesująceg i jest duż większy d jednści. B = µ B ale B B. Zależnść indukcji magnetycznej d pla magnesująceg pzedstawina jest na wykesie pniżej. Rys. 14 Różnica B B = P nsi nazwę namagneswania. Uwzględniając (13) tzymamy na namagneswanie zależnść µ 1 B = P ( ). Pzy pewnym ganicznym plu magnesującym następuje nasycenie femagnetyka i namagneswanie nie wzasta. Dzieje się t wtedy, gdy wszystkie mmenty magnetyczne dmen zstaną upządkwane zgdnie z plem magnesującym. Zależnść namagneswania d pla magnesująceg pzedstawin na ysunku pniżej. Ćwiczenie 68 1

13 Rys. 15. Femagnetyki twade znalazły zastswanie d budwy magnesów twałych, wykzystywanych w óżnych uządzeniach technicznych. Femagnetyki miękkie dsknale nadają się d budwy dzeni elektmagnesów, dławików, tansfmatów. Elektmagnes składa się z femagnetyczneg dzenia, na któy nawinięt cewki z izlwaneg dutu. P pzepuszczaniu pądu stałeg na kńcach dzenia pjawiają się bieguny magnetyczne, któych dzaj zależy d kieunku pzepływająceg pądu. Weźmy pd uwagę dzeń w kształcie litey U tak sknstuwany, aby na jeg kńcach mżna był umieszczać nabiegunniki óżnych kształtów. Rys. 16 Na dzeń nawinięt dwie cewki, jak pkazuje ys. 16 i nałżn nabiegunniki A i A. Pzepuszczając pąd stały pzez uzwjenie, dzeń magnesuje się tak, że na kńcach nabiegunników na bzegach szczeliny pwstają bieguny N i S. Rdzaj biegunów zależy d kieunku pzepływająceg pądu. Jeżeli pwiezchnia ścianek szczeliny jest wystaczając duża, t mżemy uważać, że w śdku szczeliny pjawia się ple jedndne indukcji magnetycznej B. Zakłócenie jedndnści następuje dpie na kawędziach. Zasilając uzwjenie elektmagnesu pądem elektycznym dstaczamy enegię elektyczną d układu. Zgdnie z zasadą zachwania enegii część jej pzekształca się w enegię wewnątzną uzwjeń i dzenia, część zpasza się d tczenia, a część pzekształca się w enegię pla magnetyczneg. Ćwiczenie 68 13

14 Dla wąskiej szczeliny enegię pla magnetyczneg bliczymy kzystając z zależnści 1 E m = B V, (9) µµ gdzie: V - bjętść szczeliny, B - indukcja magnetyczna we wnętzu szczeliny. Ćwiczenie 68 14

15 Zjawisk Halla. Halltny. Jeżeli pzewdzącą płytkę umieścimy w plu magnetycznym pstpadłym d kieunku pzepływu pądu w tej płytce, wówczas między ściankami ównległymi d pzepływająceg pądu i pzyłżneg pla wytwzy się óżnica ptencjałów. Spawcą teg zjawiska jest siła Lentza działająca na elektny pzewdnika w płytce. Ścianka d któej płyną elektny ładuje się ujemnie a pzeciwna ddatni. Między ściankami pjawia się ple elektyczne natężeniu E = U, l gdzie: U - napięcie, a l - dległść między ściankami. Siła pchdząca d teg pla pzeciwdziała sile Lentza. W stanie ównwagi F = F, czyli ee = e ( v B ). E Napięcie U = E l = lvb, pnieważ v B. Pamiętając, że I = nvse, gdzie n - gęstść nśników, v - ich pędkść, S - pzekój płytki pstpadły d linii płynąceg pądu, tzymamy I v =, nse zatem U = IlB. nse Ostatni wzó pzwala bliczyć napięcie między ściankami płytki. L Rys. 17 Zjawisk Halla zstał wykzystane d budwy halltnów. Pdstawwą częścią halltnu jest pstkątna płytka kystaliczna lub napawana w póżni cienka wastwa na pdłżu dielektycznym. Z halltnu wypwadzne są dwie pay elektd umżliwiające dpwadzenie pądu I az dwie lektdy umżliwiające wykzystanie napięcia Halla (patz ys. 17). Halltn jest częścią sndy pmiawej współpacującej z teslmiezem. Ćwiczenie 68 15

16 Pzygtwanie teslmieza d pmiaów Płyta człwa teslmieza TH-3 zstała pkazana na ysunku 18 Rys. 18 Oznaczenia sieć - włącznik pądu elektyczneg, 1,,0,100,500,000 - pzełączniki zakesów indukcja stała, zmienna - pzełącznik indukcji mieznej pzy zasilaniu sndy pądem stałym lub zmiennym Obsługa pzyządu. 1. Uuchamianie i zewanie pzyządu. a) spawdzamy ze mechaniczne mienika magnetelektyczneg. b) w pzypadku dchylenia zgłsić pwadzącemu zajęcia d kekty. c) pzełącznikiem sieć włączamy pzyząd. UWAGA! P włączeniu należy dczekać 15 minut celem nagzania pzyządu. d) pzełącznik indukcja stała - zmienna ustawiamy w pzycji indukcja stała. e) pzełącznikiem zakesów ustawiamy zakes 1 mt. f) ustawiamy czujnik halltnwy w słnie magnetycznej i dczytujemy wskazanie zewe. W pzypadku znacznej dchyłki psimy pwadząceg egulację. 1. Kalibacja pzyządu. a) Umieszczamy czujnik halltnwy tak, aby nie znajdwał się w plu magnetycznym watści pzekaczającej 100 Gs. Ćwiczenie 68 16

17 b) Pzełącznikiem zakesów ustawiamy zakes 100 mt. Wciskamy pzycisk kalibacja. W pzypadku dchylenia d czewnej keski psimy pwadząceg zajęcia ustawienie ptencjmetem wskazówki na czewną keskę pdziałki. 3. Pmia a) Ustawiamy zakes wskazany pzez pwadząceg. UWAGA: Czujnik halltnwy wyjąć z słny i wsunąć ównlegle w szczelinę nabiegunników. Ćwiczenie 68 17

18 A. BADANIE ZALEŻNOŚCI INDUKCJI MAGNETYCZNEJ OD NATĘŻENIA PRĄDU MAGNESUJĄCEGO I KSZTAŁTU NABIEGUNNIKÓW. OBLICZANIE ENERGII POLA MAGNETYCZNEGO W SZCZELINIE Pzebieg pmiaów 1. Pzygtwujemy teslmiez d pmiaów zgdnie z instukcją Obsługa pzyządu.. Mntujemy bwód wg schematu. Rys D bwdu włączamy jedną cewkę elektmagnesu (na ys. 19 płączenie I). Nabiegunniki ustawiamy pwiezchniami płaskimi zwócnymi d siebie. 4. Sndę halltnwą umieszczamy miedzy nabiegunnikami elektmagnesu. 5. Ptencjmet P egulacja napięcia ustawiamy tak aby, egulacja ciągła i skkwa ustawine były na ze. 6. Pzełącznik zakesów teslmieza ustawiamy p uzgdnieniu z pwadzącym ćwiczenia wymaganeg zakesu. UWAGA! Włączenie bwdu d sieci następuje za zgdą pwadząceg zajęcia. 7. Włączamy bwód wciskając pzycisk sieć zasilacza. 8. Zmieniamy natężenie pądu zasilania stałą watść ustalną pzez pwadząceg zajęcia. 9. Dknujemy dczytów napięcia, natężenia i indukcji magnetycznej pzynajmniej dla 0 óżnych watści natężenia. UWAGA! Nie pzekaczać zakesów wskazań pzyządów. 10.Pwtózyć pmiay z punktu 9 dla takich samych watści natężenia pzy jeg bniżaniu. Ćwiczenie 68 18

19 11.Oszacwać błędy pmiawe. 1.Spządzić wykes zależnści B = f(i). 13.Zmiezyć wymiay szczeliny między nabiegunnikami. Obliczyć bjętść szczeliny. 14.Obliczyć enegię pla magnetyczneg. 15.Włączyć d bwdu bie cewki elektmagnesu.(na ys.19 płączenie II ). 16.Pwtózyć czynnści z punktów Zmienić nabiegunniki i pwtózyć czynnści z punktów Pzepwadzić achunek błędów i dyskusję wyników. B. WYZNACZANIE WZGLĘDNEJ INDUKCJI MAGNETYCZNEJ W ŚRODKU OBWODU KOŁOWEGO. Teia Maleńki magnes ( igła magnetyczna ) zawieszna pzim w śdku ciężkści, wychylana z płżenia ównwagi wyknuje dgania tsyjne wkół si btu pzechdzącej pzez zawieszenie. Jeżeli nić jest dsknale niespężysta t kes dgań zależy d mmentu bezwładnści magnesu J, d mmentu magnetyczneg P m az d składwej pzimej indukcji magnetycznej pla ziemskieg B z. J T = π. P B Stąd T 1 m Pm Bz =. 4 π J Dla daneg magnesu J i P m są stałe, zatem, z więc k Pm = = cnst, 4π J T 1 = kbz. Jeżeli magnes umieścimy w śdku bwdu kłweg, a ple ziemskie i wytwzne w bwdzie są ównległe, wówczas indukcja pla magnetyczneg B = B + B z u lub B = B B, z u Ćwiczenie 68 19

20 gdzie B u - indukcja magnetyczna pla wytwzneg pzez pąd w śdku bwdu kłweg. Okesy wahań magnesu w plach wypadkwych będą spełniały ównanie T1 gdy pla są zgdnie skiewane az 1 T 1 = k( B + B ), u = k( Bu Bz ), z gdy pla skiewane są pzeciwnie. Stąd B = 1 u k + 1 T 1 T Eliminując k, statni związek zapiszemy w pstaci B T u 1 1 = +. (30) Bz T1 T Ostatnia zależnść pzwala na wyznaczenie względnej indukcji magnetycznej w śdku pądu kłweg. Pzyząd składa się z tzech pieścieni kłwych śednicach 14 cm, 1 cm, 8 cm. Każdy z nich zawiea dwa azy p 10 zwjów, któych kńce wypwadzne są na deskę zdzielczą.. Rys. 0 Ćwiczenie 68 0

21 Pzebieg pmiaów 1. Mntujemy bwód według schematu: Rys. 1. Ustawiamy stlik tak aby płaszczyzny uzwjeń były pstpadłe d płudnika magnetyczneg ( igła magnetyczna ustawia się pstpadle d płaszczyzny uzwjeń ). 3. Pbudzamy d dgań tsyjnych igłę magnetyczną ddziaływując na jeden z biegunów magnesem sztabkwym. 4. Miezymy czas dwudziestu wahnięć T. Pmia pwtazamy dwuktnie. 5. Wyznaczamy śedni kes wahnienia. 6. Włączamy d bwdu 10 zwjów największeg uzwjenia zamykamy bwód i pzepuszczamy pąd natężeniu 1A. 7. Wyknujemy czynnści jak w punkcie Pwtazamy czynnści jak z punktu 7 zmieniając natężenie na A, 3A. 9. Zmieniamy kieunek pądu pzełącznikiem P i pwtazamy czynnści z punktów Pzełączamy układ na uzwjenie pieścienia śdkweg, pwtazamy czynnści z punktów Pzełączamy układ na uzwjenie pieścienia najmniejszeg, pwtazamy czynnści z punktów Spządzamy wykes zależnści B B u z = f ( I) ( natężenia ). 13. Pzepwadzamy achunek błędów pzyjmując B z = 0 az szacując T, T 1, T, I az. 14. Pzepwadamy dyskusję wyników i błędów, wyciągamy wniski. UWAGA! Należy się zastanwić nad wpływem pla gawitacyjneg az niedsknałej niespężystści nitki na wyniki. Ćwiczenie 68 1

22 Liteatua 1. J. Oea - Fizyka t. I.. B. Jawski, A. Dietław, L.Miłkwska - Kus fizyki t.. 3. R.G. Giewkian - Fizyka (dla bilgów i lników). 4. I. Taian - Fizyka dla pzydników (dla bilgów i lników). 5. A.Zawadzki, H.Hfmkl - Labatium fizyczne. Ćwiczenie 68