WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

1 Рис. 13 Применим обобщённый закон Ома к участку цепи, изображённоИП1 ИПму на рис. 2. При решении задач с использованием обобщённого закона Ома направление тока, а также направление обхода контура выбираются произвольно. Выберем условно положительное направление тока, как показано на рисунке, и направление обхода от точки 1 к точке 2. Тогда для участка цепи 1 – E – R – 2 получим I(R + r) = (1 – 2) + E. (2) Лабораторный mA V Обобщённый закон Ома, применённый к участку 1 – V – 2 (обход модуль через вольтметр), имеет вид Iв rв = 1 – 2, (3) где Iв – ток, проходящий через вольтметр; rв – сопротивление вольтметра. Рис. Но произведение Iв rв – это показание вольтметра, следовательно, На лицевой панели лабораторного модуля изображена электричепоказание вольтметра, подключенного к концам любого участка цепи, ская схема установки (рис. 5) и расположены гнёзда для подключения всегда равно разности потенциалов между точками подключения приизмерительных приборов.

бора.

Из выражения (2), обозначив полное сопротивление участка R + r через Rп, получим 3 1 – 2 = IRп – E, или 2 – 1 = E – IRп. (4) Выражение (4) представляет собой уравнение прямой в координатах (2 – 1, I), изображённой на рис. 3.

Из (4) следует, что если сила тока в цепи равна нулю, то разность потенциалов ЭДС источника, включённого в рассматриваемый участок, 2 – 1 = E, а полное сопротивление участка цепи 1–2 равно тангенсу угла наклона прямой (см. рис. 3) R = tg.

2 Рис. К панели также подведены два гибких вывода, с помощью которых можно подключать с различной полярностью ИП1 с ЭДС E1 к исследуемому контуру.

Будем считать, что величина внешней регулируемой ЭДС E1 всегда известна, а постоянная величина E2, создаваемая источником ИП2, неизвестна, как и сопротивление участка 1-2. Определим их.

I Выберем направление обхода контура от точки 1 к точке 2 (см.

рис. 5), а за положительное направление тока примем направление от Рис. точки 2 к точке 1, тогда в соответствии с обобщённым законом Ома для участка цепи можно записать (1 – 2) – E2 = – IRОписание установки и методики измерения или 1 – 2 = E2 – IR0, (5) Схема лабораторной установки приведена на рис. 4.

15 а для замкнутой цепи 4. Установить напряжение источника питания ИП1 с ЭДС E1, равI(R + R0) = E2 ± E1. (6) ное 3 В. Изменяя напряжение E1 в пределах 3–8 В с интервалом в 1 В, Здесь знак «+» будет при согласном подключении E2 и E1, а знак измерить значения тока и разности потенциалов на участке E2 – R0. За«–» при встречном. нести результаты измерений в таблицу.

Из (6) может быть найдено выражение для величины тока в цепи № Встречное включение E1 и E2 Согласное включение E1 и EE2 ± EI =. (7) п/п I, мА 1 – 2, В I, мА 1 – 2, В R + R1… Как видно из (7), изменяя величину E1, можно изменять и силу n тока. При согласном включении E2 и E1 сила тока I растёт с ростом E1.

Из (5) видно, что разность потенциалов 1 – 2 при этом линейно умень- 5. Источник с ЭДС E1 включить согласно источнику с ЭДС Eшается и может достигнуть нулевого значения. При дальнейшем росте (рис. 6б) и проделать измерения п. 4. При записи показаний измеритока разность потенциалов на концах участка меняет знак на противотельных приборов следует учитывать знаки соответствующих величин.

положный.

Если E1 включена навстречу E2, величина тока I уменьшается с Обработка результатов измерений ростом E1 и при E2=E1 становится равной нулю. При этом согласно (5) 1-1 – 2 = E2, т. е. в момент компенсации тока вольтметр измеряет величину E2. Вольтметр покажет положительное значение E2, так как 2 > 1, а к точке 2 присоединена положительная клемма вольтметра. Дальнейший рост E1 приводит к изменению направления тока в цепи.

2I Порядок выполнения работы 1. Собрать схему лабораторной установки (см. рис. 4). Источник с ЭДС E1 через разъёмы 5, 6 включить встречно источнику с ЭДС E(рис. 6а). Вольтметр подключить к разъёмам 1, 2, а миллиамперметр к разъёмам 3, 4.

I 2. Подключить к сети лабораторный модуль и источники питаI ния. Включить измерительные приборы.

3. Установить напряжение источника питания ИП2 с ЭДС E2, Рис. равное 5 В.

R R 1. Используя данные таблицы, построить зависимость 1 – 2=f (I) A A (рис. 7).

2. Выделить пунктирными линиями на графике полосу разброса E E 2 экспериментальных данных.

V V E E 1 3. Определить из графика значение разности потенциалов (1–2), соответствующее значению I = 0, а также ток Iк при условии (1–2) = 0.

4. Рассчитать значение сопротивления R0 по формуле (1 -2) а б R0 = = tg.

Iк Рис. 17 ( - ) 5. Определить из графика значения погрешностей определения тока I и разности потенциалов.

6. Сравнить значение (1 – 2) со значением E2, проверив соотношение (1 – 2) – E2 (1 – 2) +.

Контрольные вопросы 1. Каков физический смысл ЭДС В каких единицах измеряется ЭДС 2. В чём сущность измерения ЭДС методом компенсации 3. Какой физический смысл имеет электрический потенциал 4. Какое направление принимают за положительное направление тока в цепи 5. Как определяется знак ЭДС при расчёте электрических цепей Литература 1. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1970.

2. Руководство к лабораторным занятиям по физике / Под ред.

Л.Л. Гольдина. М.: Наука, 1973.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1973. Т. 2.

Рис. Значение магнитной индукции на оси катушки рассчитывается по Лабораторная работа № 4 формуле µ0IN µ0IN l / 2 - x l / 2 + x Изучение магнитного поля соленоида B = (cos1 - cos2) = +, (1) 2 2l 2l (l / 2 - x)2 + Rк (l / 2 + x)2 + Rк Цель работы: определение магнитных полей, создаваемых вдоль где I – ток, протекающий по катушке, N – число витков катушки; l – оси длинной и короткой катушек.



длина катушки, м; А; 1 и 2 – углы между направлением оси x и радиПриборы и материалы: лабораторный модуль, микромультиметр ус-векторами, проведёнными из точки на оси к краям катушки, рад; x – (MY-67), соленоид с катушкой (параметры соленоида: длина l=15 см, чискоордината точки на оси катушки, в которой определяется величина ло витков N1=18, параметры катушки: длина l=5 мм, диаметр D = 90 мм, магнитной индукции (рис. 1), м; Rк–радиус катушки, м.

число витков N2 = 300).

Если выполняется соотношение 2Rк << l (такую катушку называОписание лабораторной установки ют соленоидом), то в точке с координатой x = l/2 (торец) 1 = /2 и и вывод расчётных зависимостей, а в центре соленоида (x = 0) 1 0 и 2. В этом случае для расчёта величины магнитной индукции на оси соленоида в центре Вц и в торце Примерная картина магнитного поля на оси короткой и длинной Вт из (1) получим катушек приведена на рис. 1.

µ0INc Bц = = µ0In, (2) l 19 к к R R µ0INc µ0In Bт = =, (3) 2l где Nc – число витков соленоида; n = Nc/l – число витков на единицу длины соленоида, м-1.

Если выполняется соотношение l << 2Rк и 0, то с учётом того, что 2 = 1 + ; cos 1 и sin, получаем cos1 – cos2 = cos1 – cos(1 + ) = cos1 – cos1 cos + + sin1 sin = sin1. (4) Из геометрических построений на рис. 1 следует:

l sin1 l sin1 Rк = ; sin1. (5) 2 2 (x - l / 2)2 + Rк x2 + Rк x2 + Rк Таким образом, подставив (4) в (1), с учётом (5) получим формулу для магнитной индукции на оси катушки µ0INкRк Bк =, (6) 2)3/ 2(x2 + Rк Рис. где Nк – число витков короткой катушки.

В качестве датчика магнитной индукции используется измериФормула (6) совпадает с формулой для расчёта магнитной индуктельная рамка 8, расположенная вблизи катушек на штоке 7. Для удобции витков с током, которую можно получить, используя закон Био-Саства определения координаты рамки на штоке имеются сантиметровые вара-Лапласа.

деления. При полностью введённом штоке рамка располагается точно в Принципиальная схема установки приведена на рис. 2. Установка середине длинной катушки. Через шток выведен коаксиальный кабель, с состоит из лабораторного модуля 1, амперметра 2, милливольтметра 3 и помощью которого измерительная рамка присоединяется к милливыносного элемента 4. В качестве измерительных приборов использувольтметру. Короткая катушка насажена на стержень 9 и может переются мультиметры.

двигаться вдоль него. Положение катушки может определяться с помоВыносной элемент включает в себя соосно смонтированные на щью сантиметровых делений на стержне.

подставке катушки: длинную 5 и короткую 6. В процессе работы они Под действием переменного магнитного поля катушки в измеримогут быть поочерёдно присоединены к лабораторному модулю. Мотельной рамке возникает ЭДС индукции. Поскольку сопротивление милдуль служит для обеспечения электропитания выносного элемента. На ливольтметра, подключённого к измерительной рамке, довольно велико панели модуля изображена принципиальная электрическая схема, а так(не менее 1 МОм), можно считать, что измеряемая милливольтметром же установлены гнёзда 11 для штекеров короткой и длинной катушек.

разность потенциалов будет равна ЭДС индукции. Ток в катушке измеНа катушки подаётся переменное напряжение частотой = 50 Гц. Для няется по гармоническому закону, поэтому мгновенное значение магрегулирования силы тока в цепь включён резистор R с переменным сонитной индукции в любой точке изменяется во времени по тому же запротивлением. Миллиамперметр, измеряющий ток в катушке, подклюкону B=B0cost, где B0 – амплитудное значение магнитной индукции, чается через гнёзда «РА» на панели лабораторного модуля. При прохоТл; = 2 – циклическая частота, рад/с.

ждении через катушку переменного тока возникает переменное магнитИзмерительная рамка располагается так, что плоскость её витков ное поле.

перпендикулярна линиям индукции. Радиус рамки rр << R, поэтому поле в пределах рамки можно считать однородным в каждый момент време 21 ни. Магнитный поток сквозь рамку Ф = BSр, где Sр – площадь рамки, м2. ставляя действующие значения токов в формулу (2), рассчитать соотВ соответствии с законом электромагнитной индукции в рамке индуци- ветствующие значения магнитной индукции, а затем значения NpSр для каждого значения тока, учитывая, что в соответствии с уравнением (7) руется ЭДС, мгновенное значение которой E dФ NPSр =, E = -Nр, B dt где E – действующее значение ЭДС, В; B – значение магнитной индукгде Nр – число витков измерительной рамки.

ции, рассчитанное по формуле (2), Тл.

Учитывая закон изменения магнитной индукции во времени, по6. Рассчитать среднеарифметическое значение < NPSр >. Резульлучим d B таты занести в табл. 2.

E = -NрSр = NрSрB0 sint = E0 sint, dt Таблица где E0 – амплитудное значение ЭДС, В.

I, А E, В B, Тл NpSр, м2 < N Sр >, мТаким образом, магнитная индукция однозначно связана с ЭДС, p возникающей в рамке:

… EB0 =. (7) Определение магнитной индукции на оси соленоида NPSP 1. Установить значение тока соленоида, равное 1 А.

Помещая измерительную рамку в разные точки на оси катушки и 2. Полностью ввести шток в соленоид.

измеряя величину возникающей ЭДС индукции, можно получить рас3. Перемещая шток на 1 деление (1 см), снять зависимость ЭДС пределение магнитной индукции вдоль оси.





от координаты. Результаты записать в табл. 3.

Необходимые для расчётов характеристики приведены в табл. 1.

4. Рассчитать экспериментальные значения магнитной индукции В ней величины с индексом «с» относятся к соленоиду, а с индексом «к» по формуле к катушке.

E Bc.эксп =. (8) Таблица NрSр Nс Nк NрSp Rс, мм Rк, мм lс, мм lк, мм, рад/с 5. Рассчитать теоретическое значение магнитной индукции на оси соленоида Bс.теор по формуле (1) во всех точках, в которых производились измерения.

Порядок проведения измерений и выполнения расчётов 6. Построить графики Bс.теор = f(x) и Bс.эксп = f(x) в одних координатных осях.

Тарировка индукционного датчика Таблица 1. Подключить к лабораторному модулю соленоид.

x, см E, мВ Bс.эксп, Тл Bс.теор, Тл 2. Полностью ввести шток в соленоид.

3. Установить с помощью резистора с переменным сопротивле- нием максимально возможное значение тока соленоида и измерить зна...

чение ЭДС индукции.

4. Проделать 4–5 измерений ЭДС индукции, уменьшая каждый раз значение тока на 0,2 А. Результаты занести в табл. 2.

Определение магнитной индукции на оси короткой катушки 5. Милливольтметр и миллиамперметр показывают действующие значения ЭДС и тока, которые в 2 раз меньше амплитудных. Под- 1. Установить значение тока катушки, равное 1 А.

23 2. Установить шток в такое положение, чтобы вне соленоида на- Лабораторная работа № ходилось два деления штока. Перемещая катушку вдоль соленоида, доОпределение отношения заряда электрона к его массе (e/m) биться максимального показания милливольтметра, присоединённого к рамке. В этом положении измерительная рамка на штоке оказывается Цель работы: определение отношения заряда электрона к его масточно в центре катушки (x = 0).

се двумя способами.

3. Перемещая шток каждый раз на 1 см, снять зависимость E = f(x).

Приборы и материалы: лабораторный модуль (параметры рабо4. По формуле (8) рассчитать экспериментальное значение магнитты: число витков на единицу длины соленоида 4200 В/м, диаметр анода ной индукции Bк.эксп на оси катушки для каждого значения координаты.

– 10 мм), источник питания, микромультиметр.

5. По формуле (6) рассчитать теоретическое значение магнитной индукции Bк.теор на оси катушки для каждого значения координаты. Описание лабораторной установки.

6. Результаты измерений и расчётов записать в табл. 4.

Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.

7. Построить графики Bк.теор = f(x) и Bк.эксп = f(x).

Таблица 4 ИП1 ИПx, см E, мВ Bк.эксп, Тл Bк.теор, Тл ––Лабораторный A mA … модуль Контрольные вопросы Рис. 1. Что такое магнитная индукция Основные элементы находятся в лабораторном модуле. Источни2. Вывести формулу для расчёта магнитной индукции на оси витками ЭДС служат два источника стабилизированного питания – ИП1 с ка с током на расстоянии x от его плоскости, используя закон Био-СавараЭДС E1 и ИП2 с ЭДС E2 типа «Марс», подключаемые к модулю. ВелиЛапласа.

чину ЭДС показывают стрелочные вольтметры, расположенные на ли3. Вывести формулу для расчёта магнитной индукции на оси соцевых панелях источников. С помощью источника E2 создаётся разленоида в произвольной точке.

ность потенциалов между катодом и анодом, а источник E1 необходим 4. На чём основан метод измерения магнитной индукции, придля возбуждения тока в соленоиде (число витков на единицу длины соменённый в работе Какая величина измеряется непосредственно От леноида – 4200 В/м), создающем магнитное поле.

чего она зависит На передней панели модуля (рис. 2) имеется изображение схемы лабораторной работы, а также расположены гнёзда «PA1» и «РА2» для Литература подключения амперметров, в качестве которых используются мульти1. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1970.

метры. Объектом исследования служит магнетрон: соленоид, внутри ко2. Руководство к лабораторным занятиям по физике / Под ред.

торого расположена электронная лампа – вакуумный диод с соосными Л.Л. Гольдина. М.: Наука, 1973.

цилиндрическими электродами.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1973. Т. 2.

25 Такое движение осуществляется в магнетронах. Электрическое Определение удельного поле в магнетроне является радиальным, т. е. вектор напряженности E заряда электрона направлен по радиусу, а его величина обратно пропорциональна радиуРА1 РА~ су. Магнитное поле создается длинной катушкой (соленоидом).

r Д Электронная лампа располагается внутри соленоида так, что его ось совпадает с осью симметрии лампы. Конфигурация электрического и магнитного полей в магнетроне представлена на рис. 4.

B Рис. Теоретические положения и вывод рабочих формул На заряженную частицу, движущуюся в стационарных электриче м ском и магнитном полях, действует сила F, равная векторной сумме F м сил, действующих со стороны магнитного поля F (сила Лоренца) и со эл стороны электрического поля F (кулоновская сила).

Рассмотрим движение частицы в электрическом и магнитном Рис. полях. В электрическом поле на заряженную частицу действует куло эл новская сила F = qE, где q – заряд частицы; E – напряжённость элек B В трического поля. Изначально покоившаяся положительная частица бу А дет двигаться в электрическом поле вдоль линии напряжённости по наE Е правлению вектора E, а отрицательная – в противоположном направлении. На движущуюся в магнитном поле заряженную частицу действуК м ет сила Лоренца F = q[ B], где B – вектор магнитной индукции.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.