گزارش کار آزمایشگاه فیزیک2

آزمایش اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان­های الکتریکی در سیم­های حلقوی و مستقیم

هدف

1- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی در سیم رسانای مستقیم و حلقوی به صورت تابعی از جریان

2- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی در سیم مستقیم به صورت تابعی از فاصله از محور سیم

3- اندازه گیری میدان مغناطیسی  ناشی از جریان درون حلقه رسانا به صورت تابعی از شعاع حلقه و فاصله از مرکز آن

4- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان درون سیم لوله به صورت تابعی از جریان

گزارش کار آزمایشگاه فیزیک2

آزمایش اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان­های الکتریکی در سیم­های حلقوی و مستقیم

هدف

1- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی در سیم رسانای مستقیم و حلقوی به صورت تابعی از جریان

2- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی در سیم مستقیم به صورت تابعی از فاصله از محور سیم

3- اندازه گیری میدان مغناطیسی  ناشی از جریان درون حلقه رسانا به صورت تابعی از شعاع حلقه و فاصله از مرکز آن

4- اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان درون سیم لوله به صورت تابعی از جریان

تئوری آزمایش

طبق قانون بیوساوارا میدان مغناطیسی dB ناشی از یک عنصر طولی حامل جریان از سیم در نقطه P که به فاصله­ای از سیم حامل جریان I قرار دارد طبق رابطه زیر به دست می­آید:

در این رابطه  نفوذپذیری برای خلأ است. جهت بردار  بر صفحه  و  عمود است. برای به دست آوردن کل میدان مغناطیسی ناشی از جریان در تمام سیم باید از رابطه (1) انتگرال گرفت. جواب­­های تحلیلی را فقط برای شرایطی می­توان محاسبه کرد که مسأله دارای تقارن کافی باشد. به عنوان مثال میدان مغناطیسی حاصل از سیم حامل جریان الکتریکی بی­نهایت طویل به شکل خط راست از رابطه زیر به دست می­آید:

که در آن r فاصله از محور سیم است و خطوط میدان حلقه­هایی است که سیم رسانا در مرکز آنها واقع است. میدان مغناطیسی حاصل از حلقه رسانا که جریان I در آن برقرار است در نقاطی واقع در محور از رابطه (3) به دست می­آید.

در این رابطه R شعاع حلقه حامل جریان و x فاصله از مرکز حلقه روی محور آن است. برای محاسبه میدان سیم لوله طویل در درون آن کاربرد قانون آمپر راحت­تر است که به صورت رابطه (4) نوشته می­شود:

در رابطه (4) چگالی جریان، I_A جریانی که از یک مقطع A عبور می­کند، S مسیر بسته­ای که مساحت A را در پوشش خود قرار داده است. اگر سیم لوله به حد کافی طویل باشد میدان مغناطیسی درون سیم لوله موازی محور سیم لوله و در خلاف جهت میدان در خارج از آن است. تنها در S­₁ مسیر بسته S مؤلفه میدان در جهت خط مسیر بسته است و مخالف صفر است. بنابراین داریم:

در این رابطه L طول مسیر S₁ است چون سیم لوله از N حلقه تشکیل شده است. IN=I_A  که I جریان گذرنده از درون سیم لوله است. بنابراین خواهیم داشت:

برای تحقیق رابطه فوق میدان در مرکز سیم لوله توسط حسگر مؤلفه موازی میدان مورد استفاده قرار می­گیرد.

شرح آزمایش

آزمایش 1- میدان حاصل از جریان در رسانای مستقیم و طویل

مداری به صورت شکل (1) بسته شد. سپس حسگر در محفظه مربوطه قرار داده شد و کنتور با دکمه Set صفر شد. آنگاه حسگر توسط گیره لغزنده روی باند سوار شد و نوک آن در وسط سیم و روی محور آن قرار داده شد. منبع جریان روشن شد و از صفر تا 10 آمپر به طور منظم جریان افزایش داده شد (هر بار یک آمپر افزایش جریان). میدان مغناطیسی توسط تسلا متر برای هر جریان خوانده شد و در جدول1 ثبت گردید.

جدول1

آزمایش 2- بررسی میدان حاصل از جریان حلقوی در رسانا

ابتدا قطر حلقه اندازه گیری شد و سپس به جای میله رسانا حلقه رسانا در جای مربوطه قرار داده شد. ابتدا حسگر توسط محفظه مربوطه صفر شد و سپس در مرکز حلقه قرار داده شد. منبع تغذیه روشن شد و جریان از صفر تا 10 آمپر مطابق آزمایش قبلی افزایش داده شد. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط تسلا متر قرائت شد و در جدول2 ثبت شد.

جدول2

10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	I(A)
17/0-	16/0-	14/0-	12/0-	11/0-	10/0-	نظرات (0)

مطالب مرتبط با این پست :

می توانید دیدگاه خود را بنویسید

ارسال نظر خصوصی برای مدیریت ذخیره مشخصات