Laplaces lov med Neva-spoler

Tips

>

Øvelsens formål

Øvelsens formål er at eftervise laplaces lov F = I Ds×B i det tilfælde hvor lederstykket D s og den magnetiske induktion B er vinkelrette.

Forsøgsopstilling:

Fig. 1:


Der benyttes to lange spoler, med en samlet længde L = 1 meter, og et samlet vindingstal N = 2660 vindinger, og et tværsnitsareal A = 46,5 cm2, og en ohmsk modstand på ca. 30 W, og en maksimal strømstyrke I1 på 1,5 A. Spolerne har en åbning i midten, der er 6 mm bred. Lægges der en jævnspænding over spolerne (< 45V), som vist på figuren foroven, frembringes et homogent magnetfelt i spolernes midte.

Desuden benyttes to små rektangulære falde spoler. Den ene med n1 = 50 vindinger og en korteste kantlængde på l = 5,0 cm og en ohmsk modstand på ca. 3 W og en maksimal strømstyrke I2 på 1 A. Den anden spole har n2 = 100 vindinger og en korteste kantlængde l = 5,0 cm og en ohmsk modstand på ca. 15 W og en maksimal strømstyrke I2 på 0,5 A. (Måske benyttes andre spoletyper!).

Fig. 2: kredsløb til den rektangulære spole.

 

 

 

Desuden benyttes en vægt, der vejer så nøjagtigt som muligt.
Den rektangulære spole er anbragt i en fod, der stilles på vægten. spolens »frie« korte sider skal vende opad. De lange spoler hænges med »bunden« i vejret i en så tilpas højde over vægten, at den rektangulære spoles øverste kant kommer til at befinde sig midt i det homogene magnetfelt. Spolerne må ikke røre hinanden!

Tilledningerne til den rektangulære spole hæftes fast på de store spoler, det er vigtigt at tilledningerne er »løse«.
Hele forsøgsopstillingen ses på fig. 3 nedenfor:

Forsøgets udførelse

Først undersøger man om forsøget virker, derfor skrues op for begge spændinger, først for spændingen over de lange spoler til maksimal strøm I1, så for spændingen over den rektangulære spole til man ser et udslag på vægten (ca. 1 g).

For at vise, at F = I Ds×B er proportional med såvel strømstyrken I, som lederstykkets længde Ds som den magnetiske induktion B, udføres følgende forsøgsserier:

  • Med konstant maksimalt magnetfelt, dvs. strømmen I>1 » 1,5 A og vindingstal
    n>1 = 50 varieres strømmen I2 i den rektangulære spole fra 0 A til 1 A i spring på ca. 0,1 A.
    I1, n1, I2 og vægtens udslag, Dm, noteres.
  • Med konstant maksimalt magnetfelt, dvs. strømstyrken I1 » 1,5 A og vindingstallet n2 = 100 varieres strømmen I2 i den rektangulære spole fra 0 A til 0,5 A i spring på ca. 0,1 A.
    I1, n2, I2 og vægtens udslag, Dm, noteres.
  • Med konstant strømstyrke I2 » 1 A og vindingstallet n1 = 50 varieres strømstyrken I1 i de lange spoler i spring på ca. 0,1 A.
    I2, n1, I1 og vægtens udslag, Dm, noteres.

Rapporten skal indeholde:

Fig. 4

Fig. 4

Der skal i rapporten tegnes en figur, se fig. 4.

På denne angives: magnetfeltets retning, strømmens retning i den rektangulære spole, magnetfeltets kraft F på spolen (tegn en vektor der angriber i A), den rektangulære spoles kraft på vægten (tegn en vektor der angriber i B).

Når udslaget på vægten i forhold til situationen, hvor I2 er nul, kaldes Dm, er det nu klart, at kraftens størrelse er F = êDmêg.

Udled et udtryk for magnetfeltets kraft på spolen udtrykt ved I1, I2, N, n, L og l.

Behandling af resultaterne:

  • Den målte kraft F afbildes som funktion af strømstyrken I2 for n1 = 50.
    Hvad viser grafen?
  • Den målte kraft F afbildes som funktion af strømstyrken I2 for n2 = 100.
    Hvad viser grafen?
    Hvad viser hældningskoefficienterne for graf 1 og 2?
  • Den målte kraft F afbildes som funktion af I1.
    Hvad viser grafen?

Beregn vacuumpermeabiliteten m0. En udregning for hver graf!

Sammenlign udregningerne med tabelværdien.