Напрямок магнітного поля в котушці c Cobra SMARTsense

Експериментальна установка

Магнітні поля завжди мають напрямок: Є північний і південний полюси. Поле від північного до південного полюса визначається як позитивне, а від південного до північного - як негативне.

Котушки генерують магнітне поле тільки тоді, коли вони підключені до джерела струму. Напрямок магнітного поля визначається полярністю напруги. Котушки вбудовані в багато електронних пристроїв. Вони використовуються, наприклад, у трансформаторах, електродвигунах або гучномовцях. Розуміння напрямку магнітного поля котушки є основою для багатьох інших експериментів, наприклад, з електродвигуном або електричним генератором.

попередні знання

Студенти мають бути знайомі з поняттям густини магнітного потоку.

Принцип

Кожен постійний магніт має північний (червоний) і південний (зелений) полюси. Магнітне поле позитивно спрямоване від північного до південного полюса. Густина магнітного потоку постійного магніту зменшується пропорційно квадрату відстані.

Котушка зі струмом також створює магнітне поле, напрямок якого залежить від електричної полярності котушки. Якщо напрямок струму відомий, орієнтацію магнітного поля можна визначити за допомогою емпіричного правила правої руки: якщо вказівний палець показує напрямок силових ліній магнітного поля, то тоді витягнутий великий палець вирівняний відповідно до напрямку струму.

Мета навчання

У цьому експерименті визначається напрямок магнітного поля постійного магніту та котушки. Студенти мають зрозуміти, що полярність котушки має вирішальне значення для напрямку силових ліній результуючого магнітного поля.

Завдання

1. Виміряйте магнітне поле постійного магніту.

2. Виміряйте магнітне поле котушки.

3. Виміряйте магнітне поле котушки зворотної полярності.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

Магнітне поле котушки зі струмом

Як відомо, компас можна використовувати для вказівки напрямку магнітного поля, оскільки його стрілка завжди вирівнюється паралельно силовим лініям.

Силові лінії магнітного поля постійного магніту за визначенням проходять позитивно від північного (червоного) до південного (зеленого) полюса. Якщо дивитися на котушку зі струмом, то можна побачити, що силові лінії поза котушкою схожі на лінії постійного магніту. Котушка суттєво відрізняється від постійного магніту тим, що магнітне поле присутнє тільки тоді, коли тече струм, і що силові лінії поля можна виміряти всередині котушки.

У цьому експерименті Ви будете досліджувати ці властивості за допомогою датчика магнітного поля.

1. Виміряйте напруженість (індукцію) магнітного поля та його напрямок у різних положеннях відносно постійного магніту.

2. Виміряйте напруженість (індукцію) магнітного поля та його напрямок у різних положеннях відносно котушки.

3. Виміряйте напруженість (індукцію) та його напрямок у різних положеннях відносно котушки, у разі зміни полярності котушки на протилежну.

iOS

Android

Windows

Зберіть установку як показано на рисунку зліва: Підключіть джерело живлення (постійного струму) послідовно з котушкою.

Встановіть блок живлення на 0 А при напрузі 12 В ( вправо до упору). Тепер силу струму можна регулювати за допомогою ввімкненого при цьому обмеження струму.

Увімкніть джерело живлення.

Запустіть застосунок measureAPP на планшеті та увімкніть датчик Cobra SMARTsense - Магнітне поле (Cobra SMARTsense magnetic field) (утримуйте кнопку вводу/виводу приблизно 3 секунди).

Виберіть датчик у застосунку measureAPP і підключіть його до програми. Необхідно виконати такі налаштування:

• Точний діапазон вимірювання (- 5 мТл ... + 5 мТл)
• Частота вимірювання: 200 Гц
• Безперервне вимірювання

У розділі "Вимірювальний канал" виберіть тільки поздовжній напрямок датчика, щоб вимірювати тільки густину магнітного потоку в напрямку поздовжньої осі датчика.

Розташуйте датчик у котушці так, щоб наконечник знаходився в центрі котушки. Відкалібруйте датчик на нуль: "Налаштування" > "Встановити на нуль".

Переконайтеся, що постійний магніт знаходиться на достатній відстані від датчика магнітного поля.

Потім встановіть джерело живлення на 1 А.

Вимірювання густини магнітного потоку

Спостерігайте за напруженістю магнітного поля (густиною магнітного потоку) та її зміною на всіх наведених нижче етапах.

1. Послідовно піднесіть датчик магнітного поля до червоного та зеленого кінців постійного магніту.
2. Переміщайте датчик магнітного поля навколо магніту.
3. Піднесіть датчик магнітного поля до переднього отвору котушки. Потім змініть полярність котушки на блоці живлення.
4. Переміщайте датчик магнітного поля навколо котушки.