Zenit ab Läromedel www.zenitlaromedel.se Tel. 0523

Elevlaboration Magnetisk flödestäthet
Uppgift:
Att verifiera Biot-Savarts lag för en platt spole samt att bestämma det
jordmagnetiska fältets horisontalkomposant
Materiel:
Tangentbussol med tillbehör
Amperemeter
Omkopplare
Spänningsaggregat
Laboratoriesladdar
Kopplingsschema:
Platt spole
Kompass
  
  
Knivbrytare
Figur 1
Utförande:
Tangentbussolen inställes före försökets början så att kompassmagnetens
riktning (= det jordmagnetiska fältets horintalkomposants, Bh´s, riktning)
sammanfaller med den platta spolens plan. Då ligger strömbanan i det
magnetiska meridianplanet enligt figur 2. När ström leds genom spolen påverkas
kompassnålen både av Bh och det magnetiska flöde som uppstår i spolen. Nålen
ställer in sig i resultantens riktning vilket framgår av figur 3. Avläsning av
vinkeln v sker genom kompasshusets vertikala sida vinkelrätt mot spolens plan.
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
B
Kompassnål
v
Bh
Bh
Spolens lindning
Figur 2
Figur 3
Ur figuren erhålles då tan v = B/Bh där B är det flöde som strömmen genom
spolen åstadkommer i spolens mitt. Det gäller alltså att B = Bhtan v dvs B är
proportionell mot tan v.
För att kompensera för ett eventuellt fel i injusteringen av spolens plan i det
magnetiska meridianplanet omkastas strömriktningen varvid spolens magnetfält
byter riktning. Vinkeln v blir medelvärdet av avläsningarna v1 och v2 med olika
strömriktningar.
I tre försök undersöks hur flödestätheten B beror av strömmen I genom spolen,
spolens radie r och dess varvtal N. Den sista kolumnen lämnas tills vidare.
Tabell 1:
Flödestäthetens beroende av strömmen vid konstant varvtal och radie.
Radie r =
I
A
Varvtalet N =
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
tanv / I
A-1
Bh
T
Slutsats:
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Tabell 2:
Flödestäthetens beroende av spolens radie vid konstant varvtal och ström.
I = 1,00 A
r
m
N=
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
rtan v
m
Bh
T
Slutsats:
Tabell 3:
Flödestäthetens beroende av spolens varvtal vid konstant radie och ström.
I = 1,00 A
N
r=
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
tan v/N
Bh
T
Slutsats:
Resultat:
Slutsatserna ovan kan sammanfattas i ett uttryck för flödestätheten , B, i spolens
mitt på följande sätt:
Konstanten i ditt resultat ovan är 2 10-7 Vs/Am. Med hjälp av sambandet
mellan B och Bh på första sidan och konstantens värde kan du beräkna ett värde
på Bh, och föra in detta i tabellerna ovan. Avsluta med att bestämma ett
medelvärde.
Resultat:
Det jordmagnetiska fältets horisontalkomposant Bn =
Tabellvärde:
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Lärarhandledning Magnetisk flödestäthet
Uppgift:
Att verifiera Biot-Savarts lag för en platt spole samt att bestämma det
jordmagnetiska fältets horisontalkomposant
Materiel:
Tangentbussol med tillbehör
Amperemeter
Omkopplare
Spänningsaggregat
Laboratoriesladdar
Kopplingsschema:
Platt spole
Kompass
  
  
Knivbrytare
Figur 1
Utförande:
Tangentbussolen inställes före försökets början så att kompassmagnetens
riktning (= det jordmagnetiska fältets horintalkomposants, Bh´s, riktning)
sammanfaller med den platta spolens plan. Då ligger strömbanan i det
magnetiska meridianplanet enligt figur 2. När ström leds genom spolen påverkas
kompassnålen både av Bh och det magnetiska flöde som uppstår i spolen. Nålen
ställer in sig i resultantens riktning vilket framgår av figur 3. Avläsning av
vinkeln v sker genom kompasshusets vertikala sida vinkelrätt mot spolens plan.
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
B
Kompassnål
v
Bh
Bh
Spolens lindning
Figur 2
Figur 3
Ur figuren erhålles då tan v = B/Bh där B är det flöde som strömmen genom
spolen åstadkommer i spolens mitt. Det gäller alltså att B = Bhtan v dvs B är
proportionell mot tan v.
För att kompensera för ett eventuellt fel i injusteringen av spolens plan i det
magnetiska meridianplanet omkastas strömriktningen varvid spolens magnetfält
byter riktning. Vinkeln v blir medelvärdet av avläsningarna v1 och v2 med olika
strömriktningar.
I tre försök undersöks hur flödestätheten B beror av strömmen I genom spolen,
spolens radie r och dess varvtal N. Den sista kolumnen lämnas tills vidare.
Tabell 1:
Flödestäthetens beroende av strömmen vid konstant varvtal och radie.
Radie r =
I
A
Varvtalet N =
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
tanv / I
A-1
Bh
T
Slutsats:
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Tabell 2:
Flödestäthetens beroende av spolens radie vid konstant varvtal och ström.
I = 1,00 A
r
m
N=
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
rtan v
m
Bh
T
Slutsats:
Tabell 3:
Flödestäthetens beroende av spolens varvtal vid konstant radie och ström.
I = 1,00 A
N
r=
v1
grader
v2
grader
v
grader
tan v
tan v/N
Bh
T
Slutsats:
Resultat:
Slutsatserna ovan kan sammanfattas i ett uttryck för flödestätheten , B, i spolens
mitt på följande sätt:
Konstanten i ditt resultat ovan är 2 10-7 Vs/Am. Med hjälp av sambandet
mellan B och Bh på första sidan och konstantens värde kan du beräkna ett värde
på Bh, och föra in detta i tabellerna ovan. Avsluta med att bestämma ett
medelvärde.
Resultat:
Det jordmagnetiska fältets horisontalkomposant Bn =
Tabellvärde:
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Kommentarer till laborationen
Materiel:
Till varje laborationsgrupp behövs:
Tangentbussol med tillbehör art nr 15-292750
Amperemeter som kan visa upp till 3 A likström t ex art nr 12-522001
Omkopplare 2 vägs 2 polig t ex art nr 14-100022
Spänningsaggregat t ex art nr 13-304806
Laboratoriesladdar
Placera om möjligt tangentbussolen långt från järnföremål och använd långa kablar från
spänningsaggregatet för att undvika magnetiska ströfält.
Ledarna har radierna 4,0 cm, 6,0 cm 8,0 cm och 10,0 cm. De båda förstnämnda har ett varv
den andra har två varv.
Den svarta hylsan i ena kanten är gemensam för alla ledarna och sedan är de kopplade i
ordning 4,0 cm, 6,0 cm, 1 varv 8,0 cm, 2 varv 8,0 cm, 1 varv 10,0 cm och sist 2 varv 10,0 cm.
Som en slutsats av den första tabellen finner vi att (tan v)/I är konstant dvs att tan v är
proportionell mot I. Men eftersom B är proportionell mot tan v så är alltså B proportionell mot
I.
När eleverna kommit fram till hur B beror av I, N och r får de proportionalitetskonstanten och
kan bestämma ett värde på Bh. Magnefält i närheten kan starkt påverka värdet på Bh som bör
bli ca 15 μT
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Exempel på
mätresultat:
Tabell 1: Flödestäthetens beroende av strömmen vid konstant varvtal och radie.
Radie r
=
I
v1
A
0,50
1,00
2,00
3,00
Radie r
=
I
v2
grader
grader
30
49
66
74,5
30,5
49
67
73
0,50
1,00
2,00
v
v2
grader
grader
22,5
37,5
58
22
38,5
56
tan v
1
tanv / I
Bh
A-1
T
grader
30,25
49
66,5
73,75
6,0 cm
v1
A
Varvtal N
=
4,0 cm
v
0,583
1,150
2,300
3,431
1,166
1,150
1,150
1,144
Varvtal N
=
1
tan v
tanv / I
Bh
A-1
T
grader
22,25
38
57
1,35E-05
1,37E-05
1,37E-05
1,37E-05
0,409
0,781
1,540
0,818
0,781
0,770
1,28E-05
1,34E-05
1,36E-05
Tabell 2: Flödestäthetens beroende av spolens radie vid konstant varvtal och ström.
I=
r
1,00 A
v1
N=
v2
m
grader grader
0,040
49
49
0,060
37,5
38,5
0,080
30
30,5
0,100
25
24,5
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
v
grader
49
38
30,25
24,75
tan v
1,150
0,781
0,583
0,461
1
rtan v
m
0,0460
0,0469
0,0467
0,0461
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
Bh
T
1,37E-05
1,34E-05
1,35E-05
1,36E-05
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066
Tabell 3: Flödestäthetens beroende av spolens varvtal vid konstant radie och ström.
I=
N
1,00 A
v1
r=
v2
v
tan v
8,0 cm
tan v/N
Bh
grader grader
grader
T
1
30
30,5
30,25
0,583
0,583
1,35E-05
2
49
50
49,5
1,171
0,585
1,34E-05
Tabell 3(forts) : Flödestäthetens beroende av spolens varvtal vid konstant radie och
ström.
I=
N
1,00 A
v1
r=
v2
grader grader
2
44
43
1
25
24,5
Zenit ab Läromedel
Box 54
456 25 Smögen
v
grader
43,5
24,75
tan v
10,0 cm
tan v/N
0,949
0,461
www.zenitlaromedel.se
[email protected]
0,474
0,461
Bh
T
1,32E-05
1,36E-05
Tel. 0523-37900
Fax 0523-30066