ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО КОЛЬЦА, НАДЕТОГО НА НЕЗАМКНУТЫЙ СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА

Дракинская СОШ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ  ПОВЕДЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО КОЛЬЦА, НАДЕТОГО НА НЕЗАМКНУТЫЙ СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА.

        Выполнил: ученик 11 класса

        Шилин Павел

ВВЕДЕНИЕ

Из курса школьной программы нам известно, что в проводящем замкнутом контуре, при изменении магнитного поля, пронизывающего этот контур, возникает индукционный ток. Согласно правилу Ленца индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Таким образом, если взять проводящее кольцо и надеть его на незамкнутый сердечник трансформатора, в кольце должен индуцироваться ток, который будет взаимодействовать с внешним магнитным полем. Это приведет к тому, что сила Ампера как бы оттолкнет кольцо от катушки трансформатора. В некотором положении эта сила уравновесит силу тяжести и кольцо повиснет в воздухе. Если кольцо разрезать , этого наблюдается не будет.

 Если предположить, что у кольца лишь одно положение равновесия, то установку, изготовленную на этом принципе, можно было бы использовать для  удержания груза немеханическим способом и определения его  массы .

Мы поставили цель изучить, чем можно объяснить положение устойчивого равновесия кольца и действительно ли оно является единственным.  

ИССЛЕДОВАНИЕ  ПОВЕДЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО КОЛЬЦА, НАДЕТОГО НА НЕЗАМКНУТЫЙ СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА.

Мы провели опыт, в котором использовали кольцо, изготовленное из  алюминиевого  корпуса электролитического конденсатора. Радиус кольца  равен 2.3 см , масса кольца 2.3г. Кольцо надевали на сердечник, набранный из железных пластин . Стержень вставлялся в катушку, на которую подавалось напряжение 150 В.Сила тяжести, действующая на кольцо  получилась равной 0.02254 Н.

Кольцо зависло в воздухе  в положении равновесия на высоте 7 см. Сила Ампера оказалась достаточной, что бы удержать кольцо данной массы. Опыт изображен на фото 1.

Фото 1

Требуется объяснить  причину положения кольца на одной определенной высоте. Для этого мы измеряли на разных расстояниях от катушки вдоль стержня вертикальную и горизонтальную составляющие вектора магнитной индукции. В качестве датчика мы использовали катушку, состоящую из 300 витков, изготовленную из медного провода диаметром 0,2 мм., в которой наводилась Э.Д.С. индукции.

 Э.Д.С. мы измеряли с помощью осциллографа.

εimax = BSω

Установка представлена на  фото 2.

Фото 2

Оказалось, что вертикальная проекция вектора магнитной индукции почти не меняется с высотой,  а изменение горизонтальной проекции отражено в таблице и на графике.

                               Таблица

График

 Полученный график и позволяет объяснить существование лишь одного положения устойчивого равновесия кольца. При массе 2.3 г  для компенсации силы тяжести  0, 02254 Н необходима горизонтальная  проекция вектора магнитной индукции поля  0,09 мТл. На графике лишь одна точка соответствует этому значению, значит кольцо повиснет на высоте 7 см. Это положение равновесия будет устойчивым, так как при случайном опускании кольца оно попадет в более сильное магнитное поле, сила Ампера увеличится и поднимет кольцо до прежней высоты.

На основании вышесказанного случайное опускание кольца можно заменить опытным, используя дополнительный груз, заданной массы. Кольцо вместе с грузом опустится ниже, относительно предыдущего положения.  На этой высоте вновь можно измерить э.д.с. В качестве датчика мы использовали медную проволоку, намотанную на данное кольцо и подключенную к вольтметру. При изменении массы грузов, показания вольтметра менялись. (фото 3,4,5)

Фото 3

Фото 4

Фото 5

Если шкалу вольтметра проградуировать в единицах измерения массы, можно на этом принципе изготовить установку для измерения массы малых тел.

ВЫВОДЫ

 В результате исследований мы выяснили, что у кольца существует единственное положение устойчивого равновесия. Это объясняется тем, что вертикальная проекция вектора магнитной индукции практически не меняется с высотой, а меняется лишь горизонтальная составляющая.

Это свойство можно использовать при конструировании весов, предназначенных для измерения массы тел.

ЛИТЕРАТУРА

1. Спасский Б.И. "Физика в ее развитии", пособие для учащихся.

­М. Просвещение,

2. Савельев И.В.  "Курс общей физики", т.2.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая

школа,1989

4. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным

работам по физике. М.: Высшая школа

5. Кортнев А.В., Рублёв Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по

физике. М.: Высшая школа,