close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лабораторные работы по физике (2 часть)

код для вставкиСкачать
 Лабораторна робота № 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ПЕРІОДУ РЕЛАКСАЦІЙНИХ КОЛИВАНЬ У НЕОНОВІЙ ЛАМПІ ВІД ОПОРУ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА Мета роботи
: а) виміряти великий опір за допомогою електричного розряду у неоновій лампі; б) дослідити залежність періоду релаксаційних коливань від опору електричного кола. Прилади та матеріали
: джерело постійного струму; неонова лампа; конденсатор на 0,5 мкФ; відомий опір на 1 МОм; два досліджуваних опори; вольтметр постійного струму; з’єднувальні проводи. 1. Короткі теоретичні відомості Явище газового розряду в неоновій лампі генератора релаксаційних коливань можна використати для визначення великих опорів (порядку 10
5
- 107
Ом). Основною частиною генератора (рис. 1) є неонова лампа, яка паралельно підключена до конденсатора. Неонова лампа являє собою скляний балон, в який впаяні два електроди - анод і катод у вигляді металевих пластинок, покритих металевим натрієм, що розташовані на відстані 2 - 3 мм. Балон заповнений інертним газом - неоном за низького тиску (10 - 15 мм. рт. ст.). Основною особливістю неонової лампи є те, що вон
а починає проводити електричний струм тільки за певної різниці потенціалів U
з
між електродами, яка називається потенціалом запалювання. Якщо напруга на електродах неонової лампи U < U
з
, струму не буде, оскільки неон - діелектрик. Після запалювання лампа може горіти вже за більш низької напруги U. Лампа гасне за деякої напруги U
г
< U
з
, яка називається потенціалом гасіння. Закон зміни різниці потенціалів U на пластинах конденсатора і електродах неонової лампи від часу має вигляд RC
t
eUU1
0
(1) де U
0
- різниця потенціалів на клемах джерела постійного струму; R - великий опір, увімкнутий в електричне коло; C - конденсатор великої ємності. Час між спалахами матиме постійне значення T, оскільки режим заряджання і розряджання конденсатора залишається постійним. Якщо напруга U на електродах неонової лампи дорівнює U
з
, а проміжок часу t, необхідний для запалювання лампи, дорівнює T, то формула (1) набере вигляду RC
T
eU
з
U1
0
(2) Звідки період релаксаційних коливань у неоновій лампі з
UU
U
RCT
0
0
ln
(3) Величина з
UU
U
0
0
ln
для даної неонової лампи є величина стала. Якщо замість відомого опору R ввімкнути в електричне коло неонової лампи невідомий опір R
x
, то період релаксаційних коливань зміниться і становитиме з
UU
U
C
x
R
x
T
0
0
ln
(4) З (3) і (4) дістанемо остаточну формулу для визначення невідомих великих опорів: T
x
T
R
x
R
(5) електричногоклем 1-1 2. Порядок виконання роботи 1. Вивчити схему До кола (рис.1). приєднати відомий опір )1,01()(
111
RRR
Мом. 2. Ввімкнути джерело постійного струму (випрямляч ВУП-2) в електричну мережу і за допомогою потенціометра випрямляча встановити напругу U=220 В, підтрим
уючи її постійною
0
в Визначити
за
процесі виконання роботи. Неонова лампа почне "м
иготіти". 3. За годинником з секундною стрілкою виміряти час t
1
для N=20 послідовних спалахів неонової лампи. період коливань для відомого опору R
1
формулою N
t
1
1
T
. Дослід повторити 5 разів і визначити середнє значення періоду л м
ти
період
у релаксаційних коливань R
ти
період
у релаксаційних коливань за реаксаційних коливань уне
оновій лапі. 4. Вимкну джерело постійного струму. До клем 1-1 підключити невідомий опір R
x
=R
2
. Повторити пп. 2-3, визначивши середнє значення
T
2
для невідомого опору 2
. 5. Вимкну джерело постійного струму. До клем 1-1 підключити невідомий опір R
x
=R
3
. Повторити пп. 2-3, визначивши середнє значення
Tдля невідомого оп
ору R. 3 3
6. Рез
ультати всіх вимірювань і обчислень записати у таблицю. 7. За середніми значеннями періодів <T>, <T>, <T> та
123
форм
улою 5 обчислити середні значення опорів <R
2
>, <R
3
>. 8. Обчислити середні квадратичні відхилення вимірювання
лами: періодів релаксаційних коливань за форму
)1(
1
nn
i
)(
2
1
T
n
ΔS
1
)1
ΔS
2
n
(
)(
1
2
2
n
T
n
i
)1n(
ΔS
1
3
n
i
)(
2
3
T
n
(6) 2
1
S
S
9. Обчислити абсолютну похибк
у визначення за періодів
формулою: 3
S
1,1
StT
n
2,2
StT
n
3,3
StT
n
, (7) де 9,0
. 1
Т
2
Т
3
Т
бку визначення опорів за 10. Обчислити відносну похи
формулою 2
211
2
2
1
2
1
2
T
T
T
T
R
R
E
1
3
R
11. Обчислитиабсолютнохибку визначення опорів 3
3
1
1
TT
2
22
1
T
TR
E
у пза формулою 222
ERR
,Мом 333
ERR
,Мом 12. Записати кінцевий результат у вигляді: )(
222
RRR
,Мом )
,Мом (
3
RRR
ро
ікf(R). еч 1
= ом 2
=
,Мом R 33
середніми значеннямиЗа о
пері
одів релаксаційних коливань та опів пбудувати граф Т
1
=Зробит
зутат
и висноски
и вимірювань
. табТаблиця. Рль оисьлен
R ,М
R 3
= ,Мом
№ пп
i
1
T
, i
с T
1
,
)(
i
с 1
T
, T
,
i
с
2
i
2
с T
2
,
)(
i
с 2
T
,
T
,
i
с
2
i3
с T
3
, )(
i
, с 3
T
с
2
1 2 3 (8) (9) (10) 4 5 Лабораторна робота № 3. ВИВЧЕННЯ МОСТА УІТСТОНА. Мета роботи
: Ознайомлення з принципом роботи моста Уітстона. Прилади та приладдя
: блок живлення, реохорд, гальванометр, опори (все змонтовано). 1. Короткі теоретичні відомості. Для точного вимір
у опорів широко використовується метод моста постійного струму (Уітстона).Принципова схема моста показана на рис.1. Міст складається з резистора опір якого вимірюється R
x
та трьох резисторів з відомими опорами R
1
, R
2
, R
3
з’єднаних
замкнутим чотирикутником. Резистори R
x
, R
1
, R
2
, R
3
називають
плечами моста. Джерело струму і гальванометр Г вмикають в діагоналі моста. Використовуючи другий закон Кірхгофа для контурів acd і cbd маємо 0
0
2211
33
‹‹
‹‹xx
RIRIRI
RIRIRI
(1) Якщо струм через гальванометр не тече (I
г
= 0), то як ми бачимо із формул (1): (2) опори плечей моста будуть пов’язані співвідношенням. 2
3
1
R
R
RR
x
(3) У цьому випадку кажуть, що міст збалансований. Описана схема дозволяє визначити невідомий опір Rx за трьома відомими опорами R
1
, R
2
, R
3
. Резистор з опором R
1
називають плечем порівняння, а резистори R
2
, R
3
це плечі відношення. У реохордних мостах опори відношення виконують у вигляді реохорда. При цьому відношення опорів R
3
/R
2
дорівнює відношенню довжин відповідних відрізків l
1
,l
2
(рис.2) так що замість формули (3) можна записати: 2
1
1
2
2
1
l
l
R
l
ll
RR
x
(4)
Порядок виконання роботи. 1. Увімкнути стенд у мережу 220В. 2. Встановити повзунок реохорда в довільне положення (окрім крайнього). 3. За допомогою перемикача магазина опорів збалансувати міст. 4. За допомогою кнопки «відлік» добитися більш точної балансировки моста. При балансуванні моста необхідно, щоб перемикач К1 знаходився в розімкненому положенні. 5. За формулою 1
2
1
1
R
l
R
x
6. Встановити повзу
нок реохорда R в нове положення і виконати пункти 3…5. l
визначити опір R
x1
. 7. Повторити дослід ще три рази. В результаті буде одержано п’ять значень R
x1
. 8. Для п’яти дослідів виконати статистичну обробку результатів вимірювань R
x1.
Кінцевий результат записати у вигляді 111
xxx
9. Встановити перемикач П1 в нове положення і виконати пу
нкти 3…8. В результаті буде одержано значення R
RRR
x2
і т.д. (по вказівці викладача). 10. Дані вимірів записати до таблиці. N l
1
, м l
2
, м R
1
, Ом R
xi
, Ом R
xi
, Ом R
xi
2
, Ом
2
1 2 3 N l
1
, м l
2
, м R
1
, Ом R
xi
, Ом R
xi
, Ом R
xi
2
, Ом
2
1 2 3 N l
1
, м l
2
, м R
1
, Ом R
xi
, Ом R
xi
, Ом R
xi
2
, Ом
2
1 2 3 N l
1
, м l
2
, м R
1
, Ом R
xi
, Ом R
xi
, Ом R
xi
2
, Ом
2
1 2 3 КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 ВИВЧЕННЯ МОСТА УІТСТОНА Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНЕНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ. Мета роботи
: вивчити закон Ома на постійному струмі шляхом вимірювання залежності електричної потужності, яка виділяється на зовнішньому опорі, від його значення. 1. Короткі теоретичні відомості. Просте замкнене ел
ектричне коло (рис.1) складається з джерела постійного струму з внутрішнім опором r: зовнішнім навантаженням, опір якого R. Закон Ома для замкненого кола має вигляд: rRI
/
(1)
де I - значення сили струму в колі; = Е.Р.С. джерела струму. Знайдемо залежність потужності P на навантаженні від значення зовнішнього опору R. Так як згідно з законом Джоуля-Ленца RIP
а значення I визначається формулою (1), то після підставки (1) у (2) маємо: 2
(2)
2
2
rRRP
(3)
З (3) бачимо, що P від R має екстремальний вигляд. Для знаходження опору навантаження R
max
, при якому потужність на навантаженні має максимальне значення, необхідно продиференціювати формулу (3) по R і прирівняти до 0. При цьому одержимо, що найбільша потужність в навантаженні виділяється, коли R
max
дорівнює r. Коефіцієнт корисної дії (ККД) дорівнює відношенню корисної ї потужності у колі. потужності (на навантаженні) P до витрачено
Так як витрачена потужність дорівнює I, то 1
1
R
r
I
P
(4)
З (4) бачимо, що при R=0 значення =0. При збільшенні R, К.К.Д. більшується і при r = R він досягає 0,5. з
При подальшому збільшенні R (R®), К.К.Д. наближається до одиниці. II. Прилади та приладдя. Змонтовані на стенді: мікроамперметр постійного стр
уму на 100 мкА; з
джерело постійного струму використовується напівпровідниковий випрямляч на 8B; реостат на 300 Ом (опір навантаження). III. Опис лабораторної уст
ановки. Випрямляч постійного струму (джерел
струму) складається з понижуючого трансформатора Тр і діодного моста Д.
Для вимірювання напруги на опорі R застосовується допоміжний опір R
д
і мікроамперметр мА. IV. Порядок виконання роботи. 1. Ввімкну
ти стенд в електричну мережу 220 В з-за допомогою штепсельної вилки. 2. Ввімкнути вмикач “Сеть” (на панелі стенда). 3. За допомогою повзунка реостата (R) встановити найменше значення струму в навантаженні. 4. Переміщуючи повзунок реостата в напрямку більших струмі
знати залежність струму навантаження I
н
від струму І
д
через 10 мА. Д
а
занести до таблиці. 5. Для кожного значення І
д
розрахувати: IU
а) Напру
гу на навантаженні за формулою ДДН
R
; де R
Д
= 44 кОм.
б) Опір навантаження по співвідношенню:
H
H
Н
I
U
R в) Потужність яка виділяється на навантаженні, по співвідношенню: IUP
ННН
г) Потужність, що втрачена на внутрішньому опорі, по співвідношенн
ю
rIP
Н
2
, де r - внутрішній опір, r =75Ом. д) коефіцієнт корисної дії Н
.С.), = 8 В. Н
I
P
д
; де - електрорушійна сила джерела струму (Е.Р
) Розраховані данні занести до звітної таблиці. е
№ пп I, А
I
ннн
, АU, В P, Вт P', Вт R, Ом , % Примітка
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6. Побудувати графік залежностей: а) P
н
= f(I
н
); б) P
н
= f(R); в) P' = f(I
н
); г) = f(R). 7. Порівняти одержані результати з теоретичними і зробити висновки. КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНЕНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2001 ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ. Мета роботи
: вимірювання температурної залежності електропровідності міді; визначення питомої електропровідності і температурного коефіцієнта опору міді. Прилади та приладдя
: мідний дротяний опір, міст постійного струму, р
ело постійного струму, термопара, гальванометр, піч. 1. Короткі теоретичні відомості. Електричний опір провідників залежить від температури. У металів він зростає при нагріванні. Приблизно можна вважати що залежність опору від температури є лінійною
tRR
t
1
0
, де - температурний коефіцієнт опору, який характеризує відносний приріст опору при збільшенні температури на один градус, а R
0
- опір при 0°С Власне кажучи, температурний коефіцієнт опору для даного матеріалу різний при різних температурах. Інакше кажучи опір змінюється із зміною температури не по лінійному закону, а залежить від неї більш складним характером. Але для багатьох провідників, до яких належать всі метали, зміна із зміною температури не дуже велика. Якщо інтервал зміни температ
ури достатньо малий то можна вважати приблизно постійним. В такому випадку дорівнює середньому його значенню всередині розглядуваної області температур. Для всіх чистих металів температурний коефіцієнт опору близький до 1/273 0.00367. Інакше кажучи, він близький до коефіцієнта розширення газів. Температурний коефіцієнт опору деяких металів і сплавів. Назва металу або сплав
у , к
-1
Алюміній 0,0042 Вольфрам 0,0048 Латунь 0,002 Мідь 0,0043 Нікелін 0,0041 Ніхром 0,0001 Срібло 0,004 Сталь 0,006 Опис ус
тановки. Схема експериментальної установки зображена на рис.1 У роботі досліджується температурна залежність мідного дротового опору R
x
. Зміна температури досліджуваного провідника проводиться за допомогою електричного нагрівача з напругою 220В. Ввімкнення нагрівача проводиться за допомогою тумблера “Піч” на панелі установки. Вимірювання опору проводиться за допомогою моста Уітстона. Величина опору обчислюється за формулою RnR
x
, де 2
1
r
r
n
, Відношення опорів r
1
і r
2
виставляється на панелі приладу, а R - опір, отриманий на порівнювальному плечі моста, яке складається з 4-х декад. Вимірювання температури проводиться термопарою, з’єднаною з гальванометром. 3.Порядок виконання роботи . 1. Підключити в електромереж
у стенд установки. 2. Виставити стрілку гальванометра на “0” гвинтом на панелі установки. Виміряти опір провідника при нормальній температурі. Вимірювання опору проводиться по схемі моста. Для вимірювання опору необхідно збалансувати міст: перемикачами декадного магазина опорів підібрати таке значення опору при якому під час натискування червоної кнопки на панелі магазина стрілка міл
іамперметра не відхиляється від значення “0”. В такому разі шуканий опір дорівнює значенню опору, набраному на магазині. 3. Тумблером включити піч і спостерігати за стрілкою гальванометра. Коли температура мідного провідника досягне 60°-70° С піч потрібно відключити. Температура мідного провідника розраховується за формулою nctt
кімн
.
, де t
кімн
- кімнатна температура в градусах Цельсія; n - число поділок гальванометра; с - ціна однієї поділки на шкалі гальванометра (c = 6,7°С). 4. В процесі охолодження провідника провести виміри його опору через інтервал температур 6,7°С. 5. Результати вимірів занести до таблиці № пп t, в поділк. шкали гальванометра t
общ
С R
х
, Ом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6. Накреслити графік залежності R = f(t°), по ньому знайти значення R
0
- опору при t=0°C. 7. Розрахувати значення за формулою 120
12
ttR
RR
, де R
1
, R
2
, t
1
, t
2
- координати довільно взятих на графіку двох точок. КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 ГРАДУЮВАННЯ МІЛІАМПЕРМЕТРА Мета роботи
- визначити ціну поділки шкали міліамперметра. Прилади та матеріали
: джерело постійного струму; міліамперметр; два опори; шунти; вмикач; з'єднувальні провідники. 1. Короткі теоретичні відомості Для вимірювання мало
го струму користуються міліамперметром або гальванометром. Якщо струм, що протікає через міліамперметр, перевищує граничну допустиму силу струму для даного приладу, то паралельно міліамперметру вмикають шунт (малий опір), що дозволяє розширити межу вимірювання. Нехай сила струму в колі дорівнює I (рис. 1). В разі вмикання опору R
ø
паралельно міліамперметра, внутрішній опір якого R
mA
, струм I в точці М розгалужується на I
ш
та I
mA
. Якщо R
ø
< R
mA
, то I
ø
> I
mA
. Для паралельного з'єднання опорів справедливе співвідношення RIRI
шшmAmA
(1) Для шунта mAш
III
(2) і з формул (1) та (2) отримаємо mAш
ш
mA
RR
R
II
(3) При R
ø
< R
mA
струм I
mA
< I
1
, але пропорційний I. Користуючись (3), можна відградуювати шкалу міліамперметра безпосередньо через значення струму в колі. 2. Описання лабораторної уст
ановки. Складають електричне коло згідно зі схемою рис. 2, де mA - міліамперметр, який потрібно проградуювати; R
1
, R
2
- відомі опори; E - ЕРС джерела струму; К - вмикач; R
ш
- шунт. За першим законом Кірхгофа для вузла M III
mAш
(4) За другим законом Кірхгофа для замкненого кола MBCNM 0
1
шшmAmAmA
RIRIRI
(5) Для замкненого кола MNDAM EIRRI
шш
2
(6) Розв'язуючи систему рівнянь (4) - (6), дістанемо: 1221
RRRRRRR
ER
I
mAmAш
ш
mA
(7) Оскільки відхилення стрілки міліамперметра пропорційно струму, який проходить через міліамперметр, то nCI
ma
(8) де n - число поділок шкали; C - ціна однієї поділки шкали. Тоді )(
поділок
A
n
I
C
mA
(9) 3. Порядок виконання роботи 1. Скласти установку згідно з рис. 2; 2. Встановити R
ш
= 0 (всі штирки вставлені в гнізда); 3. Замкнути вмикач К; 4. Змінюючи опір R
ш
від 1 до 10 Ом, відлічати при цьому число поділок шкали n, яке відповідає відповідному відхиленню стрілки міліамперметра; 5. Визначити силу струму I
mA
для всіх значень n за формулою (7); 6. Побудувати графік залежності I
mA
= f (n); 7. Визначити ціну однієї поділки шкали міліамперметра за формулою (9); 8. Результати вимірювань та обчислень занести в таблицю; 9. Визначити середню квадратичну похибку для n = 10 1
2
nn
C
S
i
; 10. Визначити межі довірчого інтервалу: StC
n
,
; 11. Визначити відносну похибку вимірювання ціни поділки: %100
C
C
E
. Записати остаточний результат у вигляді )(
поділок
А
CCC
. № досл. шi
R
mAi
I, Ом n , A
.
,
под
А
C
i
i
С
2
)(
i
C
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7 ГРАДУЮВАННЯ МІЛІАМПЕРМЕТРА Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2001 ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ Мета роботи
- за допомогою котушки Гельмгольца визначити горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі. Прилади та приладдя
: котушка Гельмгольца; бусоль; джерело постійного струму; реостат; перемикач; міліамперметр; з'єднувальні провідники. 1. Короткі теоретичні відомості Земля являє собою великий ку
льовий магніт, тому у просторі, що оточує Землю, існує магнітне поле. Напрям магнітних силових ліній Землі визначається за допомогою магнітної стрілки. Якщо магнітну стрілку підвісити на нитці так, щоб точка підвісу збігалася з центром ваги стрілки, то стрілка установиться уздовж дотичної до силової лінії магнітного поля Землі. У північних широтах південний кінець такої стрілки бу
де нижче точки підвісу - вісь стрілки з горизонтом матиме кут нахилення (на екваторі цей кут дорівнює 0). Тому магнітне поле Землі на екваторі напрямлене горизонтально, біля магнітних полюсів - вертикально, а в проміжних широтах - під кутом до горизонту. Вертикальна площина, яка проходить через вісь стрілки, називається площиною магнітного меридіана. Ку
т між магнітним і географічним меридіанами називається магнітним схиленням. Напруженість магнітного поля Землі H можна розглядати як суму горизонтальної H
0
і вертикальної H складових. Котушка Гельмгольца являє собою дві плоскі округлі котушки, розміщені в паралельних площинах (рис. 1). Напруженість магнітного поля в точці O, утворена кожною із кільцевих котушок в разі проходження ній струму в 2
3
22
2
2ar
NIr
H
(1) У котушці Гельмгольца 2
r
a
; N = 56. Якщо напрям струму в обох котушках однаковий, то значення магнітних полів підсумовуються, і тоді H = 2N. Тому r
IN
rr
NIr
H
55
8
5,02
2
2
3
2
2
2
(2) Якщо котушку Гельмгольца розмістити так, щоб її вісь O
1
O
1
, яка проходить через центри обмоток, була перпендикулярна до площини магнітного меридіана, то магнітне поле струму розмістить магнітну стрілку, яка розміщується в центрі, в напрямі O
1
O
1
, а магнітне поле Землі - в напрямі, перпендикулярному до цієї осі в площині магнітного меридіана. Під дією двох взаємно перпендикулярних полів магнітна стрілка установиться в напрямі рівнодійної, яка утворює кут з площиною магнітного меридіана (рис. 1). Звідси випливає, що горизонтальна складова напруженості магнітного поля Землі HctgH
0
(3) Із виразів (2) і (3) маємо ctg
r
IN
H7155,0
0
(4) 2. Порядок виконання роботи 1.
Розмістити котушку так, щоб вісь, яка проходить через центри обмоток, була перпендикулярна до площини магнітного меридіана. В цьому положенні один із кінців стрілки повинен розміститися проти нульової відмітки на круглій шкалі бусолі. 2.
Замкнути коло за допомогою перемикача П, повзунок реостата R пересувати доти, поки магнітна стрілка не відхилиться на кут 45
. За допомогою міліамперметра визначити струм у колі. 1
3.
Перемикачем П змінити напрям струму в котушці і виміряти кут 2
. Він повинен бути близьким до 45. Якщо кут значно відрізняється від 45, то магнітна стрілка була встановлена неправильно. Необхідно виправити її положення. Для цього котушку потрібно повернути на необхідний кут. Обчислити де r - радіус котушок, r = 0,1 м; N - число витків; a - відстань від центра котушки до точки O. середнє значення кута відхилення стрілки. КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 4. Дослід провести 5 разів. Результати вимірювань занести до КАФЕДРА ФІЗИКИ таблиці. За формулою (4) обчислити п'ять значень H
0
, а також середнє значення n
H
H
n
i
i
1
0
0
1
№ досл. I, A
2
срi
i
H
0
, м
A
H
0
i
2
0i
H
1. 2. 3. 4. 5. 5. Обчислити середнє квадратичне відхилення )1(
1
2
0
nn
H
S
n
i
i
= 6. Обчислити границі довірчого інтервалу n
tSH
,0
= 7. Кінцевий результат записати у вигляді 000
HHH
= 8. Обчислити відносну похибку 0
0
H
H
E
9. Висновок: ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9 ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТ
АЛЬНОЇ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ
Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2001 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА САМОІНДУКЦІЇ КОТУШКИ Мета роботи
- дослідним шляхом визначити коефіцієнт самоіндукції котушки. Прилади та приладдя
: стенд дослідної установки, в яку входить досліджувана котушка, залізне осердя, вольтметри та амперметри постійного та змінного струму, перемикач, джерело постійного та змінного струму (випрямляч). 1. Короткі теоретичні відомості В кожному замкненому провідник
у в разі зміни сили струму в ньому виникає ЕРС самоіндукції dt
dI
LE
c
. (1) Індуктивність котушки (соленоїда) залежить від її форми і розмірів, числа витків та магнітної проникності феромагнітного осердя. За наявності такого осердя коефіцієнт самоіндукції залежить від сили струму. Коефіцієнт самоіндукції котушки визначається за допомогою способу, в основу якого покладено вимірювання її опору в колі постійного та змінного струму: I
U
R
(2) еф
еф
I
U
Z
(3) де R, U, I - значення відповідно опору, напруги та сили струму в колі постійного струму; Z, U
еф
, I
еф
- повний опір котушки, ефективне значення напруги та ефективне значення струму в колі змінного струму. З іншого боку повний опір котушки Z в колі змінного струму 2
22
2LRZ
звідки 2
22
RZ
L
(4) Знаючи частоту змінного струму ( = 50 Гц) і підрахувавши за формулами (2) та (3) значення R та Z, визначимо коефіцієнт самоіндукції котушки за формулою (4). 2. Порядок виконання роботи 1. Перевірити схему згідн
о з рис. 1. 2. Ввімкнувши випрямляч у мережу та поставивши перемикач П в положення 1-1, приєднаємо котушку до джерела постійного струму. 3. Встановити контактором випрямляча послідовно три різні значення напруги на затискачах котушки (орієнтовно 5, 10, 15 В) та зняти за допомогою вольтметра V
1
та амперметра A
1
відліки трьох значень напруги U
1
, U
2
, U
3
та відповідних їм значень струму I
1
, I
2
, I
3
. Результати вимірювань занести до таблиці. 4. Поставити перемикач П в положення 2-2, приєднавши тим самим котушку до джерела змінного струму. 5. Встановити контактором випрямляча послідовно три різні значення напруги на затискачах котушки, та зняти за допомогою вольтметра V
2
та амперметра A
2
відліки трьох значень напруги U
1еф
, U
2еф
, U
3еф
та відповідних їм значень струму I
1еф
, I
2еф
, I
3еф
. Результати вимірювань занести до таблиці. 6. Ввести в середину котушки залізне осердя та зняти за допомогою вольтметра V
2
та амперметра A
2
три різні значення напруги та відповідні їм значення струму, керуючись п. 5, і результати вимірювань занести до таблиці. 7. За формулами (2) - (4) визначити значення R, Z та індуктивність L котушки без осердя та з осердям, визначити середнє значення індуктивності, середню квадратичну похибку, відносну похибку, результати обчислень занести до звітної таблиці та записати остаточний результат у вигляді )(,ГнLLL
з осердям та без нього. 8. Обчисліть середнє квадратичне відхилення: )1(
)(
1
2
1
1
nn
L
S
n
i
i
Таблиця 11.1 ПОСТІЙНИЙ СТРУМ № U
і, В І
і
, А R
i
, Ом 1 2 3 R
= ЗМІННИЙ СТРУМ (котушка з залізним осердям) № UL
эф
, В І
эф
, А Z
і
, Ом 1i
, Гн L
1i (L
1i
)
2 1 2 3 1
L
= ЗМІННИЙ СТРУМ (котушка без залізного осердя) № U
эф
, В І
эф
, А Z
i
, Ом L
2i
, Гн
L
2i (L
2i
)
2 1 2 3 2
L
= 9.
Обчисліть довірчий інтервал: 1,1
StL
n
10.
Запишіть остаточний результат у такому вигляді: 1
1
1
LLL
11. Аналогічно проведіть розрахунки для L
2. КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА САМОІНДУКЦІЇ КОТУШКИ Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІНДУКЦІЇ НА ПРИЛАДІ КФ-1 Мета роботи
- експериментально дослідити залежність індукційного струму у вторинному колі від взаємного розміщення котушок, від кількості витків у вторинній котушці, від сили струму в первинному колі за відсутності та наявності феромагнітного осердя та від довжини введеного в середину котушок осердя. Прилади та приладдя
: прилад КФ-1; два міліамперметри; два реостати; джерело змінного струму. 1. Короткі теоретичні відомості Явище взаємоінд
укції полягає в тому, що в разі зміни сили струму в одному колі, в іншому, який розміщений поруч, виникає ЕРС взаємоіндукції. За законом Фарадея dt
dI
ME
в
(1) де E
в
- ЕРС взаємоіндукції, яка виникає у вторинному колі; М - коефіцієнт взаємоіндукції, який залежить від форми та розмірів котушок, їх взаємного положення, N
1
, N
2
- кількість витків котушок; dt
dI
- швидкість зміни сили струму в первинному колі. Оскільки вимірювання ЕРС взаємоіндукції пов'язане з певними труднощами, то в роботі вимірюється не ЕРС, а сила струму, що протікає у вторинному колі та за законом Ома пропорційна ЕРС. Тому з цієї причини далі розглядатимемо замість ЕРС залежність сили струму у вторинному колі від факторів, які впливають на стр
ум. 2. Констру
кція приладу КФ-1 та методика вимірювання Прилад КФ-1 для вимірювання взаємоіндукції складається з двох котушок: первинної I та вторинної II (рис. 1). Первинна нерухома котушка має N
1
= 2500 витків. Витки вторинної котушки можна змінювати від 100 до 500 витків через кожні 100 витків (для чого на панелі приладу виведені клеми з позначками кількості витків). Крім того, вторинна котушка може вільно переміщатися над первинною на необхідну відстань, яка визначається за позначками шкали Л, яка нанесена на вільному кінці котушки. Магнітне середовище змінюється шляхом ру
ху осердя С уздовж осі котушок. Напруга на первинну котушку подається від джерела через реостат R
1
, за допомогою якого змінюється сила струму в первинному колі (рис. 2). Сила струму в первинному колі
вимірюється міліамперметром A
1
. Вторинне коло складається з послідовно з'єднаних вторинної котушки, реостата R
2
та міліамперметра A
2
. При вмиканні джерела змінного струму в електричну мережу в первинному колі потече змінний струм I, еф
ективне значення якого 1
вимірюється міл
іамперметром A
2
. У вторинній котушці виникає ЕРС взаємоіндукції E
в
, а в замкненому колі потече змінний струм I
2
, ефективне значення якого пропорційне ЕРС індукції та вимірюється міліамперметром A
2
. 3. Порядок виконання роботи
Частина 1.
Дослідження залежності сили струму у вторинному колі від взаємного розміщення котушок. 1. Перевірити схему згідно з рис. 2, встановити котушки одну над ооюдн, вторинну котушку ввімкнути на 500 витків. 2. Штепсельну вилку джерела змінного струму ввімкнути в електричну мережу та встановити за допомогою контактора джерела та еата R рост
1
сил
у струму в первинному колі: I
1
= 0,25 А. 3. За допомогою реостата R встановити максимальний стр
ум у р
2
втоинному колі. 4. Переміш
уючи вторинну котушку від 1 до 10 см, послідовно, через кожний 1 см, робити відліки за міліамперметром A, дані дж
2
овини L та стр
умів заносити в таблицю. 5. За одержаними даними побудувати графік: I = f (L). 2
Частина II.
Дослідження залежності сили струму у вторинному колі від числа витків у вторинній котушці. 1. 2. Виконати пп. 1-3, зазначені в частині I. Кожного разу вимикаючи штепсел
ьну вилку від джерела змінного струму
та вмикаючи по черзі вторинну котушку до клем 0-200, 0-300, 0-400, 0-500 (тим самим кожного разу збільшуючи кількість витків на 100), після ввімкнення вилки відлічуємо покази міліамперметра A, та заносимо їх до таблиці. 2
3. За одержан
ими даними побудувати графік залежності:I
2
= f (N
i
).
Частина III
. Дослідження залежності сили струму у вторинному колі від сили струму в первинному колі у разі відсутності та наявності феромагнітного осердя 1. Виконати пп. 1-3, зазначені в частині I. 2. Змінюємо реостатом R
1
струм I
1
від 0 до 250 мА через кожні 25 мА, при цьому послідовно змінюємо струми I та I за показами міл
мет
12
іамперрів A
1
і A
2
та заносимо їх до таблиці. 3. За одержаними даними побудувати графік: I
2
= f (I
1
). 4. Ввести повністю осердя всередину котушок та виконати аналогічні вимірювання струмів I
1
та I
2
згідно з п. 2 частини II з осердям і начня стрзенумів занести до таблиці. 5. За одержаними даними побудувати графік: I
2
= f (I
1
). Частина IV
. Дослідження залежності струмів у первинному та втнном котушок осердя. ориу колі від довжини введеного всередину
1. Виконати пп. 1-2, зазначені в частині I. 2. За допомогою реостата R встановити мініма
льне значення струм у вто
2
у Iринному колі. 3. Вводячи осердя всередину котушок від 1 до 10 см через кожний 1 см, відлічити покази міліамперметрів A та A та занести їх до табли 12
ці.
Зан
ими даними побудувати графіки: I = f (L) та 4. одержа
1
5. I
2
= f (L). Примітка
. Залежно від сили струму I
2
необхідно вмикати вищу або нижчу вимірювання амперметра I. межі
2
КРИВ
ОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12 ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІ
НДУКЦІЇ НА ПРИЛАДІ КФ-1 _____ Студент ___________________
(Шифр групи) _______________ _________________
(П. І. Б.) ______________ Викладач_____________________
(П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 Лабораторна робота № 14 ВИЗНАЧЕННЯ ПИТ
ОМОГО ОПОРУ НІХРОМОВОГО ПРОВІДНИКА Мета роботи
- визначити питомий опір ніхромового провідника за методом амперметра-вольтметра за умовою точного вимірювання струму і напруги. Прилади та приладдя
: прилад для вимірювання питомого опору FPM-01. 1. Короткі теоретичні відомості У цій робот
і використовуються два методи визначення опору досліджуваного провідника. Метод амперметра-вольтметра за умовою точного вимірювання струму. За цим методом амперметр і вольтметр вмикають до опору за схемою рис. 1. Користуючись цим методом, опір провідника визначають з формули x
xx
R
R
RR
1
1
1
м - вн
утрішній опір ампер
a
де R
(1) a
=0,15 Ометра; AIBU
I
U
R
ax
a
x
,,
1
покази відповідн
x
о вольтметра і міліамперметра. Метод амперметра-вольтметра за умовою точного вимірювання напруги. За цим методом амперметр і вольтметр вмикають до опору за схемою рис. 2. Користуючись цим методом, опір провідника визначають з формули v
x
xx
R
RR
2
2
1
R
(2) де R
v
= 2500 Ом - внутрішній опір вольтметра; ax
a
x
x
IU
I
U
R,,
2
- покази вольтметра і міліамперметра. Як відомо, опір R
x
дротяних провідників залежно від їх природи, довжини l і площі поперечного перерізу S визначається за формулою S
l
, звідки питомий опір R
x
S
R
x
(3) де R
x
- активний опір провідника, Ом; 4
2
d
S
, d = 0,36 мм, - довжина провідника, м. 2. Описання приладу Прилад, що використов
ують у цій роботі для вимірювання питомого опору FPM - 01, зображений на рис. 3. До приладу додається інструкція. На
передню панель вимірювального блока виведені такі елементи: W
1
- "Сеть" (вмикач електричної мережі); W
2
- перемикач, описаний схемами; W
3
- "Мостик" - V - mA - вмикач виду роботи; P
1
- "Рег. тока" - потенціометр регулювання струму. 3. Порядок виконання роботи I. Вимірювання питомого опору ніхромового провідника методом амперметра-во
льтметра за умови точного вимірювання струму. 1. Натиснути клавішу вмикача W
1
- "Сеть". При цьому повинна загорітися неонова лампочка. 2. Натиснути клавішу перемикача виду роботи W
3
- "Мостик" - V - mA, що забезпечить вимірювання опору проводу методом амперметра-вольтметра. Клавішу перемикача W
2
, описаного схемами, залишити у відтисненому стані, що забезпечить режим точного вимірювання струму. За допомогою рухомого кронштейна послідовно встановити довжини проводу - 0,39; 0,40; 0,41; 0,42; 0,43 м. 3. За допомогою потенціометра P
1
- "Рег. тока" встановити такі значення сил струму, щоб відхилення стрілки вольтметра було не менш як 2/3 шкали. 4. Покази вольтметра в вольтах і амперметра в амперах записати до звітної таблиці. II. Вимірювання питомого опору ніхромового провідника методом амперметра-вольтметра за умови точного вимірювання напруги. 1. Повторити пп. 1 і 2 частини I роботи. 2. Натиснути клавішу перемикача W
2
, описаного схемами, що забезпечить режим точного вимірювання напруги. 3. За допомогою рухомого кронштейна послідовно встановити довжини проводу - 0,41; 0,42; 0,43; 0,44; 0,45 м. 4. За допомогою потенціометра P
1
- "Рег. тока" встановити таке значення сил струму, щоб відхилення стрілки вольтметра було не менш як 2/3 шкали. 5. Покази вольтметра в вольтах і амперметра в амперах записати до звітної таблиці. Використовуючи формули (1) - (3), визначити питомий опір ніхромового провідника. За методом Стьюдента знайти абсолютну та відносну похибки, написати остаточний результат і зробити висновки. Звітні таблиці. Перший метод x
U
a
I
1x
R
i
, м , В , А , Ом , Ом*м i
, Ом*м 2
)(
i
Другий метод x
U
a
I
2x
R
i
, м , В , А , Ом , Ом*м i
, Ом*м 2
)(
i
КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 14 ВИЗНАЧЕННЯ ПИТ
ОМОГО ОПОРУ НІХРОМОВОГО ПРОВІДНИКА Сту
дент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 Лабораторна робота № 15 ДОСЛІДЖЕННЯ М
АГНІТНОГО КОЛА Мета роботи
: дослідити залежність магнітної проникності феромагнетику від напруженості магнітного поля за допомогою магнітного кола. 1. Прилади змонтовані на лабораторному стенді 1 - ампер
метр змінного струму; 2 - амперметр постійного струму; 3 - нерозгалужене магнітне коло, яке складається з замкненого магнітного осердя та двох обмоток. 2. Короткі теоретичні відомості Магнітне коло - це сукупність тіл в середині яких проходять замкнуті лінії магнітної індукції. Розглянемо нерозгалужене магнітне коло (рис. 1) з феромагнітним (залізним) осердям, на якому мається дві обмотки: 1 - робоча, по якій пропускають змінний струм, та 2 - обмотка підмагнічування, по якій пропускають постійний струм. 1 - робоча обмотка; 2 - обмотка підмагнічування; 3 - осердя з феромагнетику
(залізо); 4 - джерело постійного стр
уму (ДПС); 5 - джерело змінного струму (мережа 220В, 50 Гц). Сила струму, в колі робочої обмотки за законом Ома для змінного струму, при умові малого активного та ємнісного опорів виразиться такою формулою: 1
1
1
L
I
(1) де - електрорушійна сила джерела струму; - циклічна частота струму; L
1
- індуктивність робочої обмотки. Індуктивність робочої обмотки можна визначити з формули для індуктивності соленоїда: 1
2
1
01
l
SN
L
(2) де S - площа перерізу осердя; l - довжина намотки робочої обмотки; N
1
- кількість витків робочої обмотки; - магнітна проникність феромагнетику; 7
Гн/м - магнітна стала. 0
104
З формул (1
) і (2) одержимо розрахункову формулу для вивчення сили струму в робочій обмотці: SN
l
I
2
10
11
(3) Звідки видно, що струм робочої обмотки обернено пропорційний магнітній проникності матеріалу осердя. За законом повного струму для нерозгалуженого магнітного кола маємо: HlNINI
2211
(4) де Н - напруженість магнітного поля в осердя; l - довжина середньої лінії осердя. В досліджуваному магнітному колі виконується вимога 1122
NINI
Отже, з формул (4), маємо: 2
2
N
Hl
I
(5) Таким чином, сила струму в обмотці підмагнічування пропорційна напруженості магнітного поля. 3. Опис установки Установка змонтована на загальному стенді. Вона складається з магнітного кола, що являє собою замкнутий магнітопровід з двома обмотками (робоча і підмагнічування), вимірювальних приладів, амперметрів постійного і змінного струмів. 4. Порядок виконання роботи 1. Вивести ручк
у регулювання напруги (ДПС) в крайнє ліве положення. 2. Встановити вилку стенда в розетку 220В. 3. Ввімкнути ДПС. Перемикач виду роботи встановити в положення 1. 4. Ввімкнути перемикач на передній панелі стенда. 5. Плавно збільшуючи постійну напругу від нуля до 80В, зняти залежність струму робочої обмотки від стр
уму обмотки намагнічування I
1
і I
2
. Інтервал mAI5
2
6. Резу
льтати вимірювань занести до звітної таблиці 1. . Таблиця 1. I
1
, mA I
2
, mA H, A/m 7 Зняти напругу джерела постійного струму (ДПС) і вийняти вилку з розетки. 8 З формули (3) вивести розрахункову формулу для обчислення і для всіх значень I
1
знайти значення величин . SNI
l
2
101
11
Значення інших параметрів слідуючи: 7
1
= 220В; Гн/м; N
0
104
1
= 800; N
2
= 10000; = 2; = 50 Гц; м; м; м. 2
1
102
l
4
104
S
2
105
l
9 З формули (5) вивести розраху
нкову формулу для обчислення Н і для всіх значень I2 знайти значення величин Н. l
NI
H
22
10 Побудувати графік залежності I
1
= f(I
2
) та = f(H). КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 15 ДОСЛІДЖЕННЯ М
АГНІТНОГО КОЛА Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2002 Лабораторна робота № 16 ВИМІРЮВАННЯ ДОВЖИ
НИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДВОПРОВІДНОЇ ЛІНІЇ Мета роботи
- виміряти довжини стоячої електромагнітної хвилі та о
бчислити довжини біжучої електромагнітної хвилі та її частоти в д
вопровідній лінії, яка розміщується в повітрі. Прилади та приладдя
: генератор УКХ; двопровідна лінія з і
ндуктивним зв'язком та змінною ємністю; індикатор струму та напруги; в
ипрямляч. 1. Короткі тео
ретичні відомості Якщо генератор електромагнітних коливань Г зв'язати індуктивно з двома довгими провідниками, то в просторі між провідниками утворяться біжучі електромагнітні хвилі. Роль провідників полягає в тому, що вони лише спрямовують електромагнітну хвилю уздовж себе. Електромагнітна хвиля, досягнувши кінця провідників, відбивається в зворотному напрямі. В результаті накладання біжучої та відбитої хвилі утворюється стояча електрома
гнітна хвиля. При цьому у відповідних точках лінії амплітуда напруженості поля E досягає максимальної величини. Ці точки називаються пучностями електричного поля, які чергуються з вузлами напруженості електричного поля, де амплітуда E дорівнює нулю. Відстань між найближчими пучностями або вузлами дорівнює довжині стоячої хвилі ст
або половині біжучої хвилі = 2
ст
. Знаючи довжину біжучої хвилі та швидкість її поширення в повітрі V, можна визначити частоту хвилі: (2) 2. Опис лабораторної уст
ановки Для визначення довжини електромагнітної хвилі в повітрі використовують двопровідну ліню з двох мідних провідників, які натягнуті паралельно один одному на деякий відстані (рис. 1). Лінія індуктивно з допомогою витка дроту L
2
зв'язана витком L
1
коливального контуру лампового генератора Г. Лінію можна настроювати в резонанс з частотою електромагнітних коливань генератора за допомогою конденсатора змінної ємності C. Для знаходження пучностей струму використовують лампу розжарення Л, яка з'єднана з провідниками лінії за допомогою ковзних контактів (в разі знаходження положення пучностей напруги лампу розжарення треба замінити неоновою лампою). Положення пу
чностей визначається за шкалою Ш, яка розміщена вздовж лінії. 2. Порядок виконання роботи 3. 1. Ввімкнути генератор та прогріти його 2...3 хв. 2. Переміщуючи лампу розжарення вздовж провідників, знайти місця пучностей струму (в цих місцях лампа горітиме найяскравіше), відмітити їх положення на шкалі та занести до таблиці. 3. Визначити довжину стоячої хвилі як різницю відліків за шкалою. 4. Визначити довжину біжучої хвилі для кожного вимірювання із співвідно
шення (1), результати занести до таблиці та виконати розрахунки. l, м іістi
ll
1
,
м стiі
2
,м іі
2
і
1
і
n
2
і
5. Визначити межу довірчого інтервалу )1(
2
,
nn
t
і
n
6. Визначити середнє значення частоти c
, де с- швидкість світла у вакуумі. 7. Кінцевий результат записати у вигляді: , (м). КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 16 ВИМІРЮВАННЯ ДОВЖИ
НИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДВОПРОВІДНОЇ ЛІНІЇ Студент ________________________ (Шифр групи) ________________________________ (П. І. Б.) Викладач___________________________________ (П. І. Б.) Кривий Ріг - 2011 Мета роботи:
вивчення залежності електричного струму під час зарядки конденсатора та визначення параметрів електричного кола. Приклади та належності:
джерело постійного електричного струму, батарея конденсаторів, мікроамперметр та вольтметр, які розраховані на вимірювання параметрів постійного струму, та з’єднуючі провідники. 1. Короткі теоретичні відомості
. Якщо ключем Кл (рис.1) замкнути коло (положення 1), то в ньому під дією е.р.с. (
U
) джерела струму виникає зарядний струм, який спочатку дорівнює R
I
0
U
(де R - опір кола, Ом), а потім постійно зменшується по мірі накопичу
вання заряду на конденсаторі та зникає повністю, коли напруга на його обкладках C
U
C
нання U
Q
досягне зче. Якщо ключ Кл перевести у положення 2, то конденсат
ор буде розріджуватись через опір R . Спочатку він також дорівнюватиме I , а потім бу
де зменшуватись разом з напругою на конденсаторі . 0
C
U
Для кожної з ділянок цього кола можна застосувати закон Кірхгофа: 1) зарядка ;0,0,
C
UtU
C
Q
IR
2)
2) розрядка ;,0,0UUt
C
Q
IR
C
Якщо ці вирази диференціювати, то отримаємо в обох випадках однакове рівняння: 0
1
dt
dQ
C
dt
dI
R. (1) Скористаємося рівнянням, яке визначає силу струму dt
dQ
I та перейдемо до двох змінних I
та t. інтегрування одержуємо: t
RCI
I1
ln
0
. (2) Потенціювання цього виразу дає рівняння зміни струму під час зарядки або розрядки конденсатора: 1
(3) t
RC
IIexp
0
В цьому рівнянні добуток RC
називають часом релаксації, протягом якого струм у колі зменшується у e разів (де (e =2,72 - основа натурального логарифма). 2. Порядок виконання роботи
. 1)
Зібрати схему приведену на другому рис. 2)
Ключі К
1
, К
2
та К
3
поставити у положенн "Викл". я
3)
Включити джерело струму і встановити на ньому напругу , у межах від 50 до 100 В. U
4) Встановити ємність батареї ко
нденсаторів С в межах від 20 до 60 мкФ 4)
Зняти залежність )(tfI
. Для цього замкнути коло ключем К
2
та записувати у табл.1 час i
t, який мене з початку замикання до чергового значення сили струму , з табл.1. Таблиця 1. Результати експерименту № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I
, мкА 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 I
ln
-9,2 -9,32 -9,43 -9,57 -9,72 -9,9 -10 -10,4 -10,8 -11,5 ct,
1
ct,
2
ct,
3
ct,
4
ct,
5
ct,
6) Розрядити конденсатор - включити К
3
на 3 - 5 с. 7) Повторити експеримент 5 разів, починаючи з пункту 5. 8) Зменшити напругу на джерелі струму до нуля та виключити його. 1. Обробка результатів експерименту
. Будуємо графік залежності логарифму сили струму (або сили струму) від середнього значення часу, за який він досяг цього значення (На рис. З приведено приклад побудови такого графіку). Проводимо пряму усереднюючи ці експериментальні точки (або криву (3)). З рівняння (2) видно, що котангенс кута нахилу цієї прямої до вісі абсцис дорівнює часу релаксації. Визначаємо його як відношення катетів отриманого прямок
утного трикутника, тобто за формулою I
t
RC
ln
. (4) При відомій ємності конденсатора, розраховуємо активний опір схеми C
R
. (5) Порівняти його з дійсним значенням R = . Зробити висновок. Рис. З КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІ3ИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 19 КОНДЕНСАТОР У КОЛІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Студент............................................... (Шифр групи) ……………………………………………………………………………… (П.І.Б) Викладач................................................................... (П.І.Б) Кривий Ріг – 2003 Мета роботи: вивчення частотної залежності сили струму у колі з активним опором І ємністю, та визначення параметрів цього кола. Прилади та належності: джерело змінного струму, батарея конденсаторів, міліамперметр змінного струму, вольтметр змінної напруги та з’єднуючі провідники. І. Короткі теоретичні відомості Нехай резистор і конденсатор увімкнені послідовно в коло де стр
ум змінюється за законом (див. рис. І) IIt
sin
0
, (1) де 0
- ампліт
удне значення сили струму; I
2
- циклічно частота струму, - його частота. Спад напруги на активному опорі R. буде: tIIRU
R
sin
0
. (2) Напругу на обкладках конденсатора (яка відстає від струму на 5,0
) виразимо так: C
2
sin
0
tU
C
, (3) I
де - реакти
вний ємнісний опір. Згідно з законом Кірхгофа маємо C
XC
1
2
sinsinsin
0
00
t
C
I
tRItабоUU
CR
,(4) де - зсув фаз між током і напругою. ZI,
Для визначення (повного опору) і 0
cos
0
скористаємося векторним методом. У напрямі ОХ викладемо амплітудне значення вектора напруги на активному опорі RIU
R0
(бо R
U
0
та 0
I
збігаються за фазою). У напрямі ОУ відкладемо амплітудне значення вектора напруги на ємності, яке дорівнює C
I
U
C
0
0
. Амплітудне значення вектора прикладеної напруги 0
виражається діагоналлю прямокутника Із сторонами та (рис. 2). За теоремою Піфагора д
істаємо R
U
0
C
U
0
2
2
0
0
1
C
R
I
, (5) де замість і 0
I
0
можна використовувати їх ефективні значення. З трикутника R
U
00
0
маємо: 2
2
0
0
1
cos
C
R
RU
R
, (6) тобто, напруга відстає від струму меш ніж на л/2. 2. Порядок виконання роботи
1. За допомогою з'єднуючих провідників зібрати схему, що подана на рис. З 2. Ключі К1, К2 і К3 поставити в положення „викл”. 3. Встановити ємність батареї конденсаторів, наприклад, 10 мкФ. 4. Включит
и джерело змінного струму і встановити напругу до 10 В (
50
Гц). Замкнути коло ключами Рис. 3. К1 і К2. 5. Змінювати ємність батареї конденсаторів та регіструвати силу току в колі. 3. Обробка результатів вимірювання Перетворимо рівняння (5) так. щоб воно описувалось прямою лінією : 22
2
2
0
1
2
1
C
R
I
i
. (7) Введемо нові змінні і коефіцієнти ,;
2
1
;
1
;
2
22
2
0
Rba
C
x
I
y
i
i
i
(8) тоді рівняння одержує вигляд : (10) .baxy
ii
Заносимо необхідн
і данні до табл. 1 та виконуємо усі вказані у ній дії. Будуємо графік залежності xfy
та розраховуємо тангенс нахилу цієї прямої до вісі 0Х .
2
1
2
x
y
tq
Визначаємо частоту струму в мережі у даний час. Робимо висновок. Данні заносити до таблиці 1. Таблиця І. Експериментальні данні № п/п 1 2 3 4 5 6 C
, Ф I
, А 2
ii
Cx
2
0
/
ii
Iy
КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УНІВЕРС1ТЕТ КАФЕДРА Ф13ИКИ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 20 КОНДЕНСАТОР У КОЛІ ЗМІННОГО СТРУМУ Студент............................................... (Шифр групи) ……………………………………………………………………………… Викладач................................................................... Кривий Ріг - 2003 (П.І.Б) (П.І.Б) КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФІЗИКИ ДОДАТКОВІ ЗАПИТАННЯ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ КРИВИЙ РІГ – 2008 Лабораторна робота №2 Електричний струм в газах. Самостійні і несамостійні розряди. Плазма. Лабораторна робота №3 Закон Ома в інтегральній формі. Правила Кірхгофа. Лабораторна робота №5 Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома у диференціальній формі. Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома в інтегральній формі. Лабораторна робота №6 Електричний стр
ум. Сила струму, густина струму. Різниця потенціалів, е.р.с. та напруга. Опір провідників. Провідники та діелектрики. Лабораторна робота №7 Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі. Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома в інтегральній формі. Правила Кірхгофа. Лабораторна робота №9 Лабораторна робота №11 Явище електромагнітної інд
укції. Гіпотеза Максвела. Закон Фарадея. Правило Ленца. Індуктивність контуру. Самоіндукція. Перехідні процеси. Струм при замиканні та розмиканні електричного кола. Лабораторна робота №12 Взаємоіндукція. Трансформатори. Вихрові струми. Енергія магнітного поля. Об’ємна густина енергії. Лабораторна робота №13 Лабораторна робота №14 Електричний струм в газах. Сила струму, гу
стина струму. Різниця потенціалів, е.р.с. та напруга. Опір провідників. Провідники та діелектрики. Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі. Лабораторна робота №15 Магнітний момент електрона та атома. Магнітне поле у речовині. Намагніченість. Магнітна проникність та сприйнятливість. Типи магнетиків. Феромагнетики та їх властивості. Точка Кюрі. Магнітний гістерез
ис. Закон повного струму для магнітного поля у речовині. Лабораторна робота №16 Вихрове електричне поле. Струми зміщення. Рівняння Максвела в інтегральній формі для електромагнітного поля. Електричний коливальний контур. Випромінювання диполя. Електромагнітні хвилі та їх енергія. Вектор Умова-Пойтінга. Шкала електромагнітних хвиль. Лабораторна робота №17 Лабораторна робота №18 Лабораторна робота №19 Конденсатори. Електрична ємність конденсаторів. Енергія відокремленого провідника. Енергія зарядженого конденсатора. Енергія електростатичного поля. Густина енергії. Лабораторна робота №20 Резистор, індуктивність та ємність в колі змінного струму. Зсув фаз між струмом та напругою в колі змінного струму. Повний опір кола змінного струму. Потужність в колі змінного струму. 
Автор
iutin.yan
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2 764
Размер файла
550 Кб
Теги
физики, часть, работа, лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа