Вимірювання індукції магнітного поля за допомогою веберметра

Мета роботи − визначити магнітний потік та індукцію магнітного поля за допомогою веберметра.

Основні теоретичні відомості

Взаємодія між струмами в провідниках здійснюється через магнітне поле. Силовою характеристикою магнітного поля в кожній точці є вектор магнітної індукції . Якщо в магнітне поле з індукцієювнести провідник зі струмом І, то на елемент провідника довжиною dl з боку магнітного поля діє сила Ампера:

, (1)

де – вектор величиною d, напрямок якого збігається з напрямком струму І в провіднику, а напрямок силивизначається за правилом векторного добутку. Величина сили dF визначається виразом

, (2)

де – кут між напрямками магнітного поля та струму в провіднику.

З виразу (2) у разі, якщо , одержуємо:

, (3)

тобто магнітна індукція дорівнює силі, що діє з боку магнітного поля на одиницю довжини провідника, в якому протікає одиничний струм І. Одиницею магнітної індукції в СІ є 1 Тл (тесла).

Нехай у магнітному полі з індукцією розташована площадка ds, величина якої настільки мала, що в її межах магнітне поле однорідне.

Потоком вектора магнітної індукції (магнітним потоком) називається скалярна фізична величина

, (4)

де – кут між зовнішньою нормаллю до площадки ds та напрямком магнітного поля (вектором);– проекція вектора на напрямок нормалі. Повний потік крізь поверхню S буде:

. (5)

Якщо магнітне поле однорідне, а поверхня плоска і перпендикулярна до напрямку магнітного поля, то , і тоді

Ф=ВS. (6)

Одиницею вимірювання магнітного потоку в СІ є 1 Вб (вебер).

Змінне магнітне поле створює у будь-якій точці простору вихрове електричне поле. Якщо в це поле вмістити замкнений провідник (контур), то в ньому виникне індукційний електричний струм. Тому для вимірювання величин, що характеризують магнітне поле (магнітна індукція, напруженість, магнітний потік), часто використовують індукційні методи, коли безпосередньо вимірюються не самі характеристики магнітного поля, а деякі інші, наприклад індуковане електричне поле, індукційний струм або електричний заряд, що переноситься індукційним струмом через поперечний перетин провідника. Вимірявши останні і використавши відповідні формули теорії електромагнітних явищ, можна визначити і характеристику магнітного поля.

Широко використовуються прилади для вимірювання магнітного потоку, дія яких грунтується на індукційних методах – веберметри.

Веберметр – це прилад магнітоелектричної вимірювальної системи, який складається із рамки, розташованої між полюсами нерухомого постійного магніту. До рамки веберметра приєднується вимірювальна котушка, розташована в досліджуваному магнітному полі.

Коли струм намагнічування в котушці елекромагніта змінюється від нуля до значення І, вимірювальну котушку веберметра пронизує змінний магнітний потік, що зростає від нуля до деякого значення Ф. У рамці і у вимірювальній котушці веберметра виникає індукційний струм. Рамка веберметра, а з нею стрілка веберметра відхиляються на деякий кут, пропорційний значенню магнітного потоку Ф.

З урахуванням ціни поділки веберметра знаходимо значення потоку Ф. Вимірювальна котушка складається з N витків, причому площа одного витка S=6,210^–4 м², кут між напрямками вектора і нормаллю до площі витка=0. Тому

. (7)

За значеннями вимірюваного потоку для кожного значення струму намагнічування І обчислюємо значення магнітної індукції:

. (8)

Оскільки після закінчення процесу вимірювання стрілка веберметра самостійно не повертається в нульове положення, для її встановлення на нуль використовується механічна корекція.