آزمایش اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان های الکتریکی در سیم های مستقیم و حلقوی (بیوساوار)

آزمایش اندازه گیری میدان مغناطیسی ناشی از جریان های الکتریکی در سیم های مستقیم و حلقوی (بیوساوار) :

شرح آزمایش :

وسایل مورد نیاز: سیم مستقیم رسانا ، حلقه رسانا ، سیملوله رسانا ، حسگر میدان مغناطیسی  با کابل اتصال به تسلامتر ، منبع تغذیه جریان مستقیم ، باند اپتیک ، گره ها ، پایه ها و سیم های رابط .

آزمایش اول : در این مرحله باند اپتیک را روی پایه به طور افقی نصب کردیم و پایه جریان را روی باند بستیم و در این آزمایش از سیم مستقیم و طویل استفاده کردیم و دو سر منبع جریان را به سیم متصل کردیم . حسگر عمودی را به کابل مربوط به تسلامتر متصل کرده و سپس با قرار دادن حسگر در محفظه ای روی تسلامتر قرار داده و کنتور را با دکمه set صفر کردیم . سپس حسگر را روی باند قرار داده ، به طوری که نوک حسگر در وسط سیم و روی محور آن و به فاصله 4mm از میله  قرار گیرد و آن را بوسیله گیره محکم کردیم . سپس منبع جریان را از صفر تا 10 آمپر تغییر داده و میدان مغناطیسی را از روی تسلامتر خواندیم و در جدول یادداشت کردیم .

آزمایش دوم : در این مرحله به جای میله رسانا ، حلقه رسانا را قرار دادیم که قطر آن 8cm بود . بار دیگر با فرو بردن حسگر در سوراخ مربوطه ، اثر هال را از بین برده و کنتور تسلامتر را صفر کردیم . سپس آن را طوری که نوک آن در مرکز حلقه قرار گیرد روی باند اپتیک سوار کردیم . منبع تغدیه را روشن کرده و آن را از صفر تا 10 آمپر تغییر داده و میدان مغناطیسی را از روی تسلامتر خواندیم و در جدول یادداشت کردیم . در مرحله دوم از این آزمایش با جریان ثابت 10A نوک حسگر را بطوریکه 6cm از مرکز حلقه رد شده باشد قرار دادیم و سپس با کم کردن فاصله نوک حسگر به اندازه 1cm در هر مرحله ، تا فاصله 3 ساتتیمتری از مرکز حلقه رسیدیم و سپس از این مرحله ، با کم کردن فاصله به اندازه 0.5cm در هر مرحله تا 3 سانتیمتری مرکز حلقه در طرف دیگر آن این کار را ادامه دادیم . سپس تا فاصله 6 سانتیمتری از مرکز حلقه این کار را در هر مرحله با اضافه کردن 1cm انجام داده و نتایج را در همه این مراحل در جدول مربوطه یادداشت کردیم .

آزمایش سوم : در این آزمایش از سیملوله ای استفاده کردیم که طول آن 34cm و تعداد حلقه‌های آن 30 عدد بود و آن را روی پایه مخصوص خود قرار دادیم . سپس اثر هال را مطابق روش قبل از بین برده و نوک حسگر افقی را در وسط سیملوله (17cm داخل سیملوله) قرار دادیم. سپس منبع جریان را روشن کرده و آن را از صفر تا 10 آمپر تغییر داده و میدان مغناطیسی را از روی تسلامتر خواندیم و در جدول یادداشت کردیم .

محاسبات آزمایش:

آزمابش اول :

-----------	I(A)	B(mT)	I^2(A^2)	B^2((mT)^2)	IB(mAT)
-----------	0	0	0	0	0
-----------	1	0.05	1	0.0025	0.05
-----------	2	0.09	4	0.0081	0.18
-----------	3	0.14	9	0.0196	0.42
-----------	4	0.19	16	0.0361	0.76
-----------	5	0.26	25	0.0676	1.3
-----------	6	0.31	36	0.0961	1.86
-----------	7	0.35	49	0.1225	2.45
-----------	8	0.4	64	0.16	3.2
-----------	9	0.45	81	0.2025	4.05
-----------	10	0.49	100	0.2401	4.9
sum	55	2.73	385	0.9551	19.17

نمودار میدان مغناطیسی برحسب جریان الکتریکی :

آزمابش دوم :

-----------	I(A)	B(mT)	I^2(A^2)	B^2((mT)^2)	IB(mAT)
-----------	0	0	0	0	0
-----------	1	0.02	1	0.0004	0.02
-----------	2	0.03	4	0.0009	0.06
-----------	3	0.05	9	0.0025	0.15
-----------	4	0.06	16	0.0036	0.24
-----------	5	0.08	25	0.0064	0.4
-----------	6	0.1	36	0.01	0.6
-----------	7	0.11	49	0.0121	0.77
-----------	8	0.13	64	0.0169	1.04
-----------	9	0.14	81	0.0196	1.26
-----------	10	0.16	100	0.0256	1.6
sum	55	0.88	385	0.098	6.14

نمودار میدان مغناطیسی برحسب جریان الکتریکی :

x(cm)	B(mT)
-6	0.04
-5	0.05
-4	0.06
-3	0.08
-2.5	0.1
-2	0.11
-1.5	0.13
-1	0.14
-0.5	0.15
0	0.16
0.5	0.15
1	0.14
1.5	0.13
2	0.11
2.5	0.09
3	0.08
4	0.06
5	0.05
6	0.04

نمودار میدان مغناطیسی برحسب فاصله از حلقه :

آزمابش سوم :

-----------	I(A)	B(mT)	I^2(A^2)	B^2((mT)^2)	IB(mAT)
-----------	0	0	0	0	0
-----------	1	0.11	1	0.0121	0.11
-----------	2	0.23	4	0.0529	0.46
-----------	3	0.34	9	0.1156	1.02
-----------	4	0.46	16	0.2116	1.84
-----------	5	0.58	25	0.3364	2.9
-----------	6	0.69	36	0.4761	4.14
-----------	7	0.8	49	0.64	5.6
-----------	8	0.92	64	0.8464	7.36
-----------	9	1.02	81	1.0404	9.18
-----------	10	1.13	100	1.2769	11.3
sum	55	6.28	385	5.0084	43.91

نمودار میدان مغناطیسی برحسب جریان الکتریکی :

محاسبه رابطه (2):

طبق قانون بیوساوار ، در مورد جزء انتگرال B داریم :

که r فاصله بین dx و نقطه ای است که می خواهیم مقدار B را در آن بدست بیاوریم و  ، زاویه بین r و راستای سیم است و R ، فاصله عمودی سیم از نقطه ای است که می خواهیم مقدار B را در آن بدست بیاوریم .

محاسبه رابطه (3):

B را در نقطه ای که می خواهیم مقدار B را در آن بدست بیاوریم به دو مؤلفه قائم وموازی تجزیه می کنیم . مؤلفه قائم ، صفر است . زیرا مؤلفه های آن در جهت های مختلف قرار دارند و بر محور عمودند . پس مقدار B را باید از روی مؤلفه موازی پیدا می کنیم . ( r ، R و  مانند قبل تعریف می شوند و  زاویه بین مؤلفه موازی B و محور حلقه می باشد .)