آزمایش میدان مغناطیسی پیچههای تك دوری (قانون بیوساوار
هدف آزمایش:
1- اندازهگیری میدان مغناطیسی در وسط حلقه های سیمی مختلف توسط میله جستجو (تسلامتر) و بررسی وابستگی آن به شعاع و تعداد دورها.
2- اندازهگیری میدان مغناطیسی در امتداد محور سیم پیچ های طویل و مقایسه آن با مقادیر تئوری.
وسایل آزمایش:
پك كامل پرتهاي آزمايشگاهي uشکل، منبع تغذيه 10A (0-20v)، تسلامتر و حسگر و پايه مربوطه، ست حلقه هاي تك دوري (5 نوع)، ست سيمپيچ القايي (7 نوع)، سه پایه رومیزی کوچک قابل تنظیم، ستون با قطر10 و طول 600 میلیمتر، جك آزمايشگاهي، متر، مولتيمتر دستي ديجيتال.
تئوری آزمایش
شكل روبرو یك حلقه دایرهای به شعاع R را نشان می دهد كه حامل جریان i است.
طبق قانون آمپر:
(1)
كه B شدت میدان مغناطیسی است، i جریانی است كه در سرتاسر حلقه شارش میكند.
برای عنصر جریان از قانون بیوساوار داریم:
(2)
بردار عمود بر بردار است. و در صفحه رسم قرار دارند بطوریكه داریم:
(3)
x فاصله مركز حلقه تا نقطه P است.
می تواند به یك مؤلفه شعاعی و یك مولفه محوری تجزیه شود. مؤلفه های جهت یكسانی برای همه المان های رسانا دارند، در نتیجه مستقیماً باهم جمع می شوند و در میدان مغناطیسی كل B در نقطه P دخالت دارند. جفت مؤلفه های یكدیگر را حذف میكنند.
بنابراین:
(4)
(5)
كه ثابت میدان مغناطیسی است.
اگر تعداد كمی از حلقه های همانند، نزدیك به یكدیگر وجود داشته باشد، شدت میدان مغناطیسی در تعداد دورها (n) ضرب می شود در مركز حلقه چون x=0 است داریم:
(6)
روش آزمایش
مطابق شكل، وسایل آزمایش را نصب كنید، منبع تغذیه را به عنوان یك منبع جریان مستقیم به كار اندازید. میدان مغناطیسی حلقهها را در امتداد محور حلقه با استفاده از میله جستجو اندازهگیری كنید.
میدان های تداخلی و نامتقارن در این آزمایش را نادیده بگیرید. منبع تغذیه را روشن كنید و تغییرات نسبی در میدان را اندازهگیری كنید. جهت جریان را معكوس كنید و دوباره تغییرات را اندازه گیری كنید.
1) میدان مغناطیسی را در مركز یك حلقه رسانا محاسبه كنید سپس با استفاده از رساناهای دایرهوار تكدور با شعاع های مختلف این آزمایش را تكرار نمایید.
وابستگی میدان مغناطیسی به شعاع را مورد بررسی قرار دهید. نمودار میدان مغناطیسی را برحسب تابعی از شعاع رسم كنید.
2) میدان مغناطیسی را درمركز یك سیم پیچ n دوری اندازهگیری كنید. این آزمایش را برای چند سیمپیچ با تعداد دور مختلف و شعاع ثابت تكرار نمایید. جدول (1) را كامل كنید. نمودار میدان مغناطیسی را برحسب تعداد دور رسم نماید.
B(mT) d(mm) N شماره آزمایش
40mm 300 1
40mm 200 2
40mm 100 3
جدول (1)
3) با استفاه از مقادیر اندازهگیری شده در قسمتهای1 و2 و معادله (6) مقدار متوسط زیر را برای ثابت میدان مغناطیسی بدست آورید:
4) برای یك پیچه یكنواخت با طول و تعداد دور n، میدان مغناطیسی یك حلقه را در تعداد دور در واحد طول ضرب می كنیم و برروی طول سیم انتگرال گیری می كنیم.
که:
برای تعدادی سیم پیچ مختلف كه ابعاد آنها در جدول(2) آمده است. میدان مغناطیسی را محاسبه كنید. اثر طول در یك سیم پیچ با شعاع ثابت و تعداد دور در واحد طول ثابت را مورد بررسی قرار دهید. مقادیر اندازه گیری شده میدان را با مقادیر محاسبه شده در مركز سیمپیچ مقایسه كنید.
محاسبه اندازه گیری
13
13
13
20
20
20
16 160
160
160
53
105
160
160 75
150
300
100
200
300
300