Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ SVIP

➤ Thí nghiệm đo cảm ứng từ

✽ Mục đích: Xác định độ lớn cảm ứng từ của từ trường nam châm điện bằng cân "dòng điện".

✽ Cơ sở lí thuyết: Xét khung dây MNPQ có dòng điện \(I\) chạy qua. Khung dây được đặt sao cho chỉ có một cạnh PQ có chiều dài L nằm hoàn toàn trong từ trường đều giữa hai cực của nam châm điện hình chữ U với các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây.

Lực từ tác dụng lên khung dây chủ yếu do lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài \(L\) đặt trong từ trường gây ra.

• Nếu khung dây chỉ có 1 vòng dây thì độ lớn lực từ tác dụng lên khung dây là: \(f=IBL.\)
• Nếu khung dây có \(N\) vòng dây thì lực từ tác dụng lên khung dây là tổng hợp lực từ tác dụng lên \(N\) vòng dây có cùng chiều dòng điện. Độ lớn lực từ khi đó là: \(F=Nf=BIBL.\)

Từ đó, ta suy ra độ lớn cảm ứng từ là:

\(B=\dfrac{F}{NIL}\)

Biết $N,\,I,\,L$ và đo được độ lớn lực từ $F$ ta sẽ xác định được độ lớn cảm ứng từ $B$ của nam châm.

✽ Dụng cụ:

• Hộp gỗ có gắn hai núm xoay (1) và (2) để thay đổi các giá trị cường độ dòng điện qua khung dây (3) và cuộn dây của nam châm điện hình chữ U (4).
• Hai công tắc (5) và (6) có tác dụng đảo chiều dòng điện qua khung dây và cuộn dây của nam châm điện.
• Đèn báo (7) cho biết chiều từ trường đều trong lòng cuộn dây của nam châm điện.
• Nguồn điện (8) nối với hai đầu mạch điện trong hộp gỗ để tạo ra các dòng điện.
• Quả nặng (10) làm đối trọng để điều chỉnh trạng thái cân bằng của đòn cân (11).
• Ampe kế (12) cho biết giá trị cường độ dòng điện $I$ qua khung dây.
• Lực kế (13).

✽ Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình trên.

Bước 2: Điều chỉnh để cho đòn cân nằm ngang. Đọc số chỉ \(F_1\) của lực kế và ghi lại kết quả.

Bước 3:

• Bật công tắc để dòng điện chạy qua khung dây dẫn và nam châm điện. Chọn chiều của dòng điện sao cho lực từ tác dụng lên cạnh của khung dây có hướng thẳng đứng từ trên xuống.
• Đọc số chỉ của ampe kế (12) và ghi lại kết quả.
• Điều chỉnh để đòn cân trở lại trạng thái cân bằng nằm ngang.
• Đọc số chỉ \(F_2\) của lực kế và ghi lại kết quả.
• Xác định độ lớn lực từ tác dụng lên cạnh của khung dây đặt trong từ trường \(F=F_2-F_1\). Ghi lại kết quả.

Bước 4: Thực hiện lại bước 3 với ít nhất hai giá trị $I$ khác nhau. Ghi lại kết quả.

✽ Báo cáo kết quả thí nghiệm:

• Tính độ lớn cảm ứng từ tương ứng vào bảng số liệu bên dưới.
• Tính độ lớn cảm ứng từ trung bình \(\overline{B}\), sai số trung bình của phép đo \(\overline{\Delta B}\) và viết kết quả phép đo \(B=\overline{B}\pm\overline{\Delta B}\).

Kết quả đo độ lớn cảm ứng từ của từ trường nam châm điện:

• Giá trị trung bình: \(\overline{B}=\dfrac{B_1+B_2+B_3}{3}\).
• Sai số trung bình: \(\overline{\Delta B}=\dfrac{\left|\overline{B}-B_1\right|+\left|\overline{B}-B_2\right|+\left|\overline{B}-B_3\right|}{3}\).
• Ghi kết quả đo: \(B=\overline{B}\pm\overline{\Delta B}\)