Praktikum füüsika. Ampere seadus (0)

AMPÈRE'I SEADUS PRAKTIKUM Õppeaines: RAKENDUSFÜÜSIKA (KAUGÕPE) Logistikainstituut Õpperühm:  Juhendaja:  Esitamiskuupäev:……………. Üliõpilase allkiri:…………….. Õppejõu allkiri: ……………… Tallinn 


1. Töö eesmärk: Määrata   vooluga   juhtmele   mõjuv   jõud   magnetväljas   ja   uurida   selle   sõltuvust
voolutugevusest ning voolujuhtme pikkusest.  2. Töövahendid: o Kangkaal Pasco mudel SF- 8608,  o Magnetite pakett,  o AC/DC vooluallikas Pasco mudel SF- 9584,  o Erineva pikkusega voolujuhtmed:  o SF40 1,2 cm,  o SF37 2,2 cm,  o SF39 3,2 cm,  o SF41 6,4 cm,  o SF42 8,4 cm. 3. Töö teoreetiline alus: Vooluga   juhtmele,   kui   me   asetame   selle   magnetvälja,   hakkab   mõjuma   vastavalt
Ampère'i seadusele jõud, mida on võimalik arvutada allpool toodud valemiga:  FA = 𝐵 ∙ 𝐼 ∙ 𝑙 ∙ sin𝜃, kus: (1) FA – vooluga juhtmele mõjuv Ampère’i jõud (N), 
B – magnetvälja magnetiline induktsioon (T), 
I – voolutugevus juhtmes (A), 
l – juhtme pikkus (m), 
θ – voolu suuna ja magnetvälja jõujoonte vaheline nurk.  4. Töö käik  Käesolevas katses on juhtmele mõjuv jõud magnetväljas mõõdame magnetpaketi kaalu
muutumise järgi.  Asetades juhtme magnetpooluste vahele (magnet ise asub kangkaalu alusel) ja muutes
juhet   läbivat   voolutugevust,   muutub   magnetpaketi   kaal.   Kaalumuutus   on   tingitud
sellest, et juhet läbiva voolu ümber tekitatud magnetvälja ja magneti magnetvälja vahel 2


tekib jõud. Olenevalt voolu suunast juhtmes ja magneti pooluste asendist tekib juhtme
ja magneti vahel kas tõuke- või tõmbejõud. 
Katseliselt on vooluga juhtmele mõjuv jõud F magnetväljas arvutatud:  𝐹  = |𝑚1–𝑚0 | ∙ 𝑔, kus: (2) m0– magnetpaketi mass voolu puudumisel (g), 
m1 – magnetpaketi mass voolu I olemasolul (g), 
g ≈ 0,00981 – raskuskiirendus grammi kohta (N/g). a) Mõõdame magnetpaketti kaal - m0=164,77g
b) Ühendame   vooluallikaga   juhe   SF39   (pikkus   l=3,2cm=0,032m)   ja   asetame   see magnetpaketi pooluste vahele. c) Lülitame   alalisvooluallikas   sisse   ja   reguleerides   voolutugevus   I   =   1   A   mõõdame magnetpaketi kaal m1.Kordame katset 5 korda, suurendades iga kord voolutugevust 1 A
võrra. d) Tulemused kanname tabelisse
e) Kasutades   valemeid   1   ja   2   arvutame   jõud   F   ja   FA,   kui   magnetpaketi   magnetiline induktsioon on B=85mT=0,085T Juhe SF39, pikkus l=3,2cm (tabel 1) katse nr. I, A m1, g F, N FA, N 1 1 164,48 0,0028449 0,002431671 2 2 164,25 0,0051012 0,004863342 3 3 163,93 0,0082404 0,007295013 4 4 163,63 0,0111834 0,009726684 5 5 163,35 0,0139302 0,012158355 (Graafik 1) 3


1 2 3 4 5 0 0 0 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 Jõu sõltuvus voolutugevusest (katseline ja teoreetiline) f) Ühendame teine juhe SF40 (pikkus l = 1,2cm=0,032m) ja kordame samu katseid Juhe SF40, pikkus l=1,2cm (tabel 2) katse nr. I, A m1, g F, N FA, N 1 1 164,64 0,0012753 0,00102 2 2 164,53 0,0023544 0,00204 3 3 164,45 0,0031392 0,00306 4 4 164,35 0,0041202 0,00408 5 5 164,24 0,0051993 0,0051 g) Ühendame veel 3 juhet (SF37, SF41 ja SF42) ning reguleerides voolutugevuse 4 A-le mõõdame   massid   m1  ja   kanname   tulemused   tabelisse   nii,   et   pikkus   ℓ   tabelis   oleks
kasvav. Juba mõõdetud juhtmete andmed (SF39 ja SF40) paneme kohe kirja. (Tabel 3) katse nr. I, A ℓ , cm m1, g F, N FA, N 1 4 1,2 164,35 0,0041202 0,00408 2 2,2 163,97 0,007848 0,00748 3 3,2 163,63 0,0111834 0,01088 4 6,4 162,55 0,0217782 0,02176 5 8,4 161,87 0,028449 0,02856 (Graafik 2) 4


1.2 2.2 3.2 6.4 8.4 0 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 Jõu sõltuvus juhtme pikkusest (katseline ja teoreetiline) JUHTME PIKKUS, CM JÕ U D ,  N 5. Jareldus a) Katsetest selgus, et elektrivooluga juhtmele hakkab magnetväljas mõjuma jõud, mis on seotud   juhti   läbiva   voolutugevusega,   juhtmelõigu   pikkusega   ja   magnetvälja
magnetinduktsiooniga.  b) Kasutades vasaku käe reegel (kui asetada vasak käsi nii magnetvälja, et magnetvälja jõujooned siseneksid peopessa ning neli väljasirutatud sõrme näitaksid juhtmelõigus
oleva elektrivoolu suunda, siis 90◦ väljasirutatud pöial näitab juhtmelõigule mõjuva jõu
suunda)  võime   öelda,   et   jõud   sel   juhul   suunatud   maa   külgtõmbejõu   vastu   ning
magnetpaketi kaal sel juhul väheneb. c) Jõud otsesel sõltub voolutugevusest mis on hästi näha tabelitest 1, 2 ja graafikust 1. Samas otsene sõltuvust näeme juhtme pikkusest (tabel 3 ja graafik 2).  d) Katseliselt ja teoreetiliselt andmed on suhteliselt sarnased, ning   tekkinud vahemiku võib põhjendada mõõtemääramatusega. e) kui juhe asetseb magnetväljas piki magnetvälja jõujoont, st. 𝜃 = 0∘, siis sin𝜃∘ = 0 ehk magnetväli ei avalda vooluga juhtmelõigule mõju. Maksimaalne mõju juhtmelõigule
avaldub   siis,   kui   nurk   lõigu   pikkuse ℓ ja   magnetinduktsiooni   vektori   vahel
on 90∘ ehk sin90∘ = 1 5