Ampérův zákon

Jak jednoduše, s pomůckami „za pár korun“ demonstrovat vztah mezi velikostí magnetického pole okolo vodiče s proudem a velikostí tohoto proudu?

Zjednodušeně můžeme říct, že Ampérův zákon popisuje, jak magnetické pole v okolí vodiče protékaného proudem souvisí s velikostí proudu ve vodiči:

K demonstraci jsme použili transformátorové jádro. Uvažujme uzavřenou křivku uvnitř jádra:

Pokud předpokládáme, že intenzita magnetického pole H je podél této křivky přibližně konstantní, platí:

Celkový proud I_celk. = N∧I, kde N je počet závitů cívky a I je proud protékající cívkou. Úpravou výše uvedených vztahů tak platí:

Odpovídající vztah pro magnetickou indukci pak má tvar:

Cílem experimentu je ukázat závislost velikosti magnetické indukce uvnitř jádra cívky na proudu tekoucím cívkou a na počtu závitů cívky.

K měření magnetického pole uvnitř jádra cívky byla použita malá Hallova sonda. Použita byla konkrétně sonda A1302EUA-T, dostupná např. GM Electronic. Citlivost této sondy je (v závislosti na napájecím napětí) cca 2,2 - 3,0 mV na Gauss. Výška této Hallovy sondy je poměrně malá (2 mm), takže mezera v jádře cívky je dostatečně malá, abychom mohli její vliv v první aproximaci zanedbat.

Na obrázku je vidět detail sondy uvnitř jádra cívky:

Další pomůcky jsou ve školách běžně dostupné: zdroj napětí, cívka 300 závitů, uzavřené lístkové jádro, reostat cca 120 Ω, multimetr, vodiče

Uspořádání experimentu je vidět na obrázku:

Levý multimetr měří napětí na výstupu Hallovy sondy, pravý multimetr měří proud v primárním obvodu. Baterie v popředí slouží k napájení Hallovy sondy.

K měření byl v uspořádání podle obrázku výše použit zdroj napětí cca 3 V, jednotlivé závity cívky byly vinuty z vodiče, závislost byla proměřována pro 1-13 závitů cívky.

Měření bylo prováděno s běžnou školní cívkou z rozkladného transformátoru s 300 závity. Pomocí reostatu jsme měnili proud v primárním obvodu od cca 55 mA do cca 260 mA.

Závislost velikosti magnetické indukce je přímo úměrná počtu závitů cívky i proudu procházejícím cívkou. Odchylka od linearity může být způsobena tím, že relativní permeabilita jádra není konstantní, ale mění se se změnou velikosti magnetického pole.