1.4. Бързо превключваме на K 1 и отчитаме първото максимално отклонение на светлинното петно ​​b на скалата. (За да заглушите рамката на балистичния галванометър, трябва да включите клавиша K).

1.5. След това повторете същия експеримент за два други тока I 2 = 0,2 A и

1.6. Използвайки формула (8), определяме C и след това средната му стойност:

Таблица 1 - Определяне на настройката на балистичната константа

			C c r, Wb/m

2. Размагнитване на тор.

2.1. Отворете измервателната верига с ключ К, за да не изгорите галванометъра по време на размагнитването.

2.2. Свържете изходните краища на LATR („Натоварване“) към клемите „Размагнитване“, разположени на панела.

2.3. Поставете регулатора на напрежението LATR на нулева позиция.

2.4. Свържете LATR към мрежа с променливо напрежение 220 V.

2.5. Променете плавно изходното напрежение на LATR от 0 до 100 V и след това от 100 до 0. Повторете това 5 пъти.

2.6. Деактивирайте LATR.

3. Изследване на зависимостта на B от H.

3.1. Използвайки превключвател K 2, затворете веригата към тора.

3.2. С помощта на реостати R 1 и R 2 настройте тока на 0,1A.

3.3. Бързо променете посоката на тока в тора, като превключите клавиша K 1 в обратна посока и запишете отклонението на светлинното петно ​​на балистичния галванометър a.

3.4. При дадена текуща стойност повторете експеримента поне 3 пъти и определете средната стойност a avg.

3.5. Последователно, всеки път, когато увеличавате тока в тора с DI = 0,1 A, провеждайте експерименти в параграфи 3.1-3.4, докато се достигне максималната стойност на тока, която може да бъде получена в инсталацията.

3.6. За всяка стойност на тока в торовата намотка изчислете силата на магнитното поле H, като използвате формула (6), определяйки

3.7. За всяка текуща стойност определете B, като използвате формула (5).

3.8. Начертайте графика на B = f(H).

3.9. По формула (7) изчислете m и начертайте зависимостта m=f(H).

3.11. Направете извод за характера на зависимостите B = f(H) и m=f(H).

Таблица 2 – Резултати от изследване на магнитното поле на ядрото на тора

			V,T

ПРАВИЛА ЗА БЕЗОПАСНОСТ

1. Свържете стойката към мрежата AC напрежение 220 V само с разрешение на учителя.

2. Внимателно демагнетизирайте тора. Когато демагнетизирате, не забравяйте да отворите веригата на балистичния галванометър с ключ K (до положение „Изключено“).

ПРОВЕРЕТЕ ВЪПРОСИ ЗА РАЗРЕШЕНИЕ ЗА РАБОТА

1. Каква е целта на работата?

2. Какъв е редът на работата?

3. Как се определя балистичната константа на инсталацията?

4. Как се определя B?

5. Как се определя H?

6. Как се определя m?

7. Каква е инсталационната схема? Разкажете ни за нея.

ТЕСТОВИ ВЪПРОСИ ЗА ЗАЩИТА НА РАБОТАТА СИ

1. Кое явление е в основата на изпълнението на работата?

2. Какво е характерно за класа вещества – феромагнетици?

3. Какво представляват диамагнитните и парамагнитните материали?

4. Какъв е физическият смисъл на настройката на балистичната константа?

5. Какво е количеството заряд, преминаващ през балистичен галванометър при промяна на магнитния поток?

6. Обяснете зависимостта B = f(H) за феромагнетик.

7. Защо торът е бил демагнетизиран?

8. Обяснете зависимостта m=f(H).

1. Трофимова T.I. Курс по физика - М.: Висше училище, 1999. - 542 с.

2. Зисман Г.А., Тодес О.Д. Общ курс по физика. Т.2.-М.: Наука, 1969.-

3. Дорошенко Н.К., Воронов И.Н. Магнитни свойства на материята , - СибГГМА: Новокузнецк, 1997. - 27 с.

План 2002г

съставен от:

Дорошенко Надежда Кузминична

Воронов Иван Николаевич

Коновалов Сергей Валериевич

Бокова Татяна Григориевна

Мартусевич Елена Владимировна

ИЗСЛЕДВАНЕ НА МАГНИТНАТА ИНДУКЦИЯ В ЖЕЛЯЗОТО

ПО БАЛИСТИЧЕН МЕТОД

Указания за изпълнение на лабораторните упражнения по курса

„Обща физика“

Редактор Н. П. Лавренюк

Издател № 01439 от 05.04.2000г Подписано за печат

Формат на хартията 60х84 1/16 Хартия за писане Офсетов печат

Cond.bake.l. 0,58 Академик-ред.л. 0,65 Тираж 100 бр. Поръчка

Сибирски държавен индустриален университет

654007, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Издателски център SibGIU

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА КАПАЦИТЕТА НА КОНДЕНЗАТОРА ЧРЕЗ БАЛИСТИЧЕН ГАЛВАНОМЕТЪР

1. Въведение

Цел на работата– запознаване с балистичния метод за определяне на капацитета на кондензатор. Работата се състои от две части. В първата част се намира стойността на балистичната константа на галванометъра, във втората се определят капацитетите на два кондензатора и капацитетите на тези свързани кондензатори. паралелни и последователни.

Капацитетът на кондензатора е равен на коефициента на заряд рна кондензатор към потенциалната разлика между неговите плочи

https://pandia.ru/text/78/409/images/image003_10.png" width="81" height="23 src=">. (2)

За серийна връзка

Зарядът на кондензатора се измерва с помощта на балистичен галванометър. Балистичният метод е един от методите не само за електрически, но и за магнитни измервания. Балистичният галванометър принадлежи към устройствата на магнитоелектрическата система, чиято схематична структура е показана на фиг. 1. Между полюсите на постоянен магнит Н.С.поставя се стоманен цилиндър за създаване на радиално магнитно поле IN. Цилиндърът е фиксиран неподвижно. В пролуката между магнитните полюси и цилиндъра рамката може да се върти свободно ДА СЕс тънка телена намотка, окачена на метална или кварцова нишка М. За измерване на ъглите на завъртане на рамката се използва огледало. А, върху който пада светлинният лъч от осветителното устройство. Използва се балистичен галванометър за измерване на заряд, чиято продължителност t, протичаща през веригата, е малка в сравнение с периода Tестествени вибрации на рамката. Балистичният галванометър се различава от конвенционалните огледални галванометри по това, че има увеличен инерционен момент. азнеговата мобилна система. Ако краткотраен токов импулс (t<<T), тогава във всеки момент рамката е подложена на въртящ момент, причинен от взаимодействието на тока азс магнитно поле: https://pandia.ru/text/78/409/images/image007_6.png" width="37" height="45"> Тъй като токът е спрял в този момент, рамката започва да се върти по инерция с начална скорост w0 и усуква нишката.В момента на спиране на рамката цялата кинетична енергия се превръща в потенциална енергия на усуканата нишка, където д- константа на усукване на резбата; j – максимален ъгъл на отклонение на рамката:

Ъглова скорост w0, ..png" width="65" height="41 src=">.

Нека извършим интеграцията:

от https://pandia.ru/text/78/409/images/image015_4.png" width="61" height="24 src=">, (5)

Където р– заряд, преминаващ през рамката за време t. Решавайки уравнения (4) и (5) заедно, ще имаме . Експериментално отклонението на светлинното „зайче“ (отхвърляне) се измерва не в ъгли, а в скални деления н. Тъй като ни j са пропорционални един на друг, тогава най-накрая можем да запишем

р = Bn, (6)

Където IN– коефициент на пропорционалност, който се нарича балистична константа на галванометъра. Балистичната константа е числено равна на количеството заряд, което кара „зайчето“ да се отклони с едно деление на скалата. Всеки галванометър може да служи като балистичен, ако условието t<< T. Знаейки балистичната константа на галванометъра IN, боклук нкогато кондензаторът е разреден и показанията на волтметъра U, в съответствие с формули (1) и (6) намерете капацитета

Зарядни" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">захранване, Ж– балистичен галванометър, IN– волтметър, ДА СЕ– двоен превключвател. бременна азпревключвател ДА СЕкондензатор СЪСзареждане; когато превключвателят е преместен на позиция IIкондензаторът се разрежда през галванометъра. В този момент се измерва максималното отклонение на „зайчето“. нна кантар.

В първата част на работата, за да се определи балистичната константа, във веригата е включен кондензатор с известен капацитет (фиг. 2) - стандартът СЪСд. Чрез зареждане на еталонен кондензатор до определена потенциална разлика Uи след това го разредете върху галванометър, измерете отклонението на „зайчето“ н. Тъй като зарядът на кондензатора е равен р = ° Съъъ U, тогава използвайки формула (6), можем да изчислим балистичната константа

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">

н,дела

р, µC

IN, µC/дел

В сряда, µC/дел

1. Изчислете INза всеки Uизползвайки формула (8), намерете средната стойност IN. Изградете графика на зависимостта рот ни се уверете, че тази връзка е линейна.

2. Изведете формулата за стойността на грешката INсъгласно правилата за изчисляване на грешката на косвените измервания. Изчислете D б/INза: най-малка стойност Uспоред табл. 1.

Определяне на капацитета на неизвестни кондензатори и техните връзки

таблица 2

		н,дела	СЪС, µF	СССР, µF
Кондензатор СЪС 1
Кондензатор СЪС 2
Паралелен конн. С"
Последователен конн. С ""

3. Изчислете капацитета на кондензаторите СЪС 1, СЪС 2, С"И С"съгласно формула (7).

4. Използвайки формули (2) и (3), намерете теоретичните стойности на капацитета на кондензаторите С"теория и С"теория и сравнение с опита С"И С".

5. Изведете формулата за грешка D СЪС/СЪСза експериментално установения капацитет (формула 7). Изчислете D СЪС 1/СЪС 1, Д СЪС 2/СЪС 2, Д С"/С", Д С"/С"за една от стойностите U(Д IN/INвзети от точка 2). Определете абсолютните грешки и запишете крайния резултат за всеки контейнер.

6. Намерете разликата в стойностите на капацитета за паралелна (или последователна) връзка, получена експериментално и теоретично. Сравнете ( С" – С"теория) с грешката на тази разлика D( С" – С"теория) и се уверете, че С" – С"теория £. Д( С" – С"теория). Стойности СЪС 1 СЪС 2 и С"взети от масата. 2 при същата потенциална разлика U.

7. Допълнителна задача. Предлага се да се обмисли и експериментално да се тества метод за определяне на капацитета на кондензатор, като се използва еталонен кондензатор, но без първо да се измерва балистичната константа.

ЛИТЕРАТУРА

1. , Курс по физика. – М.: Висше. училище, 1999, § 16.2, 16.3.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 2.14

„ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ КАПАЦИТЕТ НА КОНДЕНЗАТОР С ИЗПОЛЗВАНЕ

БАЛИСТИЧЕН ГАЛВАНОМЕТЪР"

Цел на работата: експериментално определяне на динамичната константа на балистичен галванометър и капацитет на кондензатор.

Описание на електрическата верига

Електрическа схема, използван в тази лабораторна работа, е представен на фиг. 1. Тук Ж– балистичен галванометър, СЪС– кондензатор, П– превключвател, V– волтметър, б– EMF батерия.

Ориз. 1. Схематична диаграмаинсталации

Когато превключвателят Пв лява позиция, кондензаторът се зарежда от батерията би в същото време галванометърът се шунтира с критично съпротивление (не е посочено във веригата). Благодарение на това рамката му е монтирана в позиция на баланс. Когато превключвателят Ппоставен в правилната позиция, кондензаторът се разрежда през галванометъра.

Обяснения за работа

Балистичният галванометър е проектиран да измерва количеството електричество, преминаващо през неговата рамка за време, значително по-малко от периода на собствените му трептения. Балистичният галванометър се различава от конвенционалния галванометър на магнитоелектрическа система по това, че неговата подвижна част е направена по-масивна и има по-голям инерционен момент й.

Ориз. 2. Проектиране на балистичен галванометър.

Ориз. 3. Диаграма на балистичен галванометър (изглед отгоре).

Телена рамка 1 и цилиндър от меко желязо 2 са окачени на метална нишка в пръстеновидната междина между полюсите на постоянен магнит N и S. Нишката е снабдена с огледало. За измерване на отклонението на рамката от равновесното положение се използва лъч светлина, който се насочва от електрическата крушка на огледалото и, отразен от него, удря скалата.

Когато краткотраен ток J протича върху рамка 1 от страната на външно магнитно поле, действа двойка сили на Ампер, създавайки въртящ момент.

Продължителността на токовия импулс t е много по-малка от периода на естествените трептения на рамката T (T << T), защото подвижната част на галванометъра има голям инерционен момент (поради цилиндър 2). Следователно ефектът от момента на силата на Ампер върху рамката има характер на "удар" (оттук и името на галванометъра).

Когато рамката се завърти, нейната кинетична енергия се трансформира в потенциалната енергия на усуканата нишка. Заедно с рамката в ъгъла а 0огледалото също се върти (светлинният лъч се измества под ъгъл 2 а 0). (фиг. 3)

Движението на рамката на балистичен галванометър се описва със същото уравнение, както в случая на конвенционален галванометър на магнитоелектрическа система:

Дж
, (1)

където K 1 е коефициентът на усукваща еластичност; K 2 – коефициент на електромагнитно спиране; B – модул за магнитна индукция; S – площ на рамката; n – нормала към контура.

От момента на инерцията йе голям, от лявата страна на уравнение (1) вторият и третият член могат да бъдат пренебрегнати в сравнение с първия:

й . (2)

Количество електроенергия р, преминали през рамката във времето T, може да се определи чрез интегриране на уравнение (2):

й
. (3)

Кинетичната енергия на рамката на галванометъра е равна на

(4)

която се превръща в потенциална енергия, усукваща се под ъгъл α теми:

. (5)

Инерционният момент може да се определи от формулата за периода Т 0еластични усукващи вибрации:

(6)

Замествайки формули (4)-(6) в (3) и като вземем предвид това E K = E P, ние имаме

, (7)

Нека обозначим . От израз (7) става ясно, че максималното въртене на рамката на балистичния галванометър е пропорционално на количеството електричество, преминаващо през него:

, (8)

къде е стойността β – динамична константа на галванометъра. Той определя количеството електричество, което при преминаване през рамката ще се завърти на ъгъл, равен на 1 радиан.

Ъгълът на отклонение на "зайчето" е равен на

, (9)

Където н– отклонение на светлинното “зайче” на скалата;

л– разстояние от огледалото до везната.

Заместване на стойността рот формулата за капацитета на кондензатора във формула (8) и като вземем предвид израза (9), получаваме:

. (10)

Работен ред

Упражнение 1:Определяне на динамична константа.

1. Включете референтен кондензатор във веригата От 0с известен капацитет.

2. Използвайте превключвател SA, за да затворите веригата

3. Превключете Ппоставете в положение "зареждане" и заредете кондензатора От 0 .

4. Превключете Ппоставете в положение "разтоварване" и маркирайте крайното разделение n 0, към който ще се придвижи зайчето при първото трептене в процеса на разреждане на кондензатора през галванометъра.

5. Повторете точки 3-4 5 пъти.

Упражнение 2:Определяне на капацитет на кондензатор.

1. Включете във веригата кондензатор с неизвестен капацитет C1.

2. П.п. 2-5 упражнения 1 повторете 5 пъти ( n 1).

3. Включете кондензатор във веригата C 2.

4. П.п. 2-5 упражнения 1 повторете 5 пъти ( n 2).

5. Включете кондензатор във веригата С двойки, което е паралелна връзка C 1И C 2(точки 2-5 от упражнение 1, повторете 5 пъти) n двойки.

6. Включете кондензатор във веригата От последно– (серийна връзка C 1И C 2) (точки 2-5 от упражнение 1, повторете 5 пъти) p последно.

Таблица за измерване

1. Данни за електрическата схема:

– дължина от огледалото до мащаба л= 180 mm, Δl= 0,5 мм;

– капацитет на еталонния кондензатор От 0= 0,047 µF; .

2. Определяне на отклонението на светлинното „зайче“ н:

Опит №	n 0, дела	Δn 0, дела	n 1, дела	Δn 1, дела	n 2, дела	Δn 2, дела	(н)пара, дела	Δ(n) двойки, дела	(n) последно, дела	Δ(n) последно, дела
ср. зн.

Обработка на резултатите от измерванията.

2. Определете относителната грешка по формулата

,

ΔUопределя от класа на точност на волтметъра, Δn 0- сумата от инструменталните и случайните грешки.

4. Определете съответните относителни грешки по формулата:

.

5. Намерете количества С двойкиИ От последнопо следните формули:

; .

6. Сравнете експерименталните и изчислените стойности С двойкиИ От последно.

Контролни въпроси

1. Какво е електрически капацитет? В какви единици се измерва в системите SI и SGSE?

2. Обяснете устройството и принципа на действие на балистичен галванометър?

3.Каква електрическа величина се измерва с помощта на балистичен галванометър?

4. Какъв е физическият смисъл на динамичната константа β ?

5.Каква стойност ще измерва балистичният галванометър, ако към него е свързан източник на постоянен ток?

6. Опишете процеса на разреждане на кондензатор; Дайте формулата за разрядния ток на кондензатор през някакво съпротивление.

Задача No1

Кондензаторите са свързани, както е показано на фиг. 1. Капацитет на кондензаторите: , , , . Определете електрическия капацитет СЪСкондензаторни батерии.

Задача No2

Определете електрическия капацитет СЪСверига, показана на фиг. 2, където , , , , .

От 21

C 1

C 4321

С 321

Фиг. 1

C 54321

C 1

От 21

С 321

C 4321

C 1

От 21

С 321

C 4321

C 54321

Фиг.2

Фиг.3

Задача No3

Пет различни кондензатора са свързани съгласно схемата, показана на фиг. 3. Определете електрическия капацитет СЪС 4, при което електрическият капацитет на цялото съединение не зависи от големината на електрическия капацитет СЪС 5. Приеми , , .

Задача No4

Между плочите на плосък кондензатор, зареден до потенциална разлика , има два слоя диелектрик: дебело стъкло и дебелина на ебонит . Квадрат Свсяка кондензаторна плоча е равна на 200 см 2. Намерете: 1) електрически капацитет СЪСкондензатор; 2) офсет Д,напрежение дполета и потенциален спад Uвъв всеки слой.

Проблем №5

Парафинова плоча с дебелина от , който е плътно долепен до неговите плочи. Колко трябва да увеличите разстоянието между плочите, за да получите същия капацитет?

Проблем №6

Кондензатор с капацитет се зарежда периодично от батерията с ЕМП и се разрежда през пръстеновидна намотка с диаметър от , а равнината на пръстена съвпада с равнината на магнитния меридиан. Бобината има завой. Хоризонтална магнитна стрелка, поставена в центъра на намотката, се отклонява под ъгъл . Кондензаторът превключва на честота . Намерете хоризонталния компонент от данните от този експеримент н g силата на магнитното поле на Земята.

Проблем No7

Кондензатор с капацитет периодично зарежда от батерията с EMF и се разрежда през дължината на соленоида . Соленоидът има завои. Средна сила на магнитното поле вътре в соленоида . С каква честота ПКондензаторът превключва ли се? Диаметърът на соленоида се счита за малък в сравнение с неговата дължина.

Проблем No8

За дължина на соленоида и площ на напречното сечение поставете намотка, състояща се от завои. Бобината е свързана с балистичен галванометър, чието съпротивление е . По протежение на намотката на соленоида, състояща се от върти, тече ток . Намерете балистичната константа СЪСгалванометър, ако е известно, че когато токът в соленоида е изключен, галванометърът дава връщане, равно на 30 скални деления (балистичната константа на галванометъра е стойност, числено равна на количеството електричество, което причинява спад на скалата с едно деление). Пренебрегнете съпротивлението на намотката в сравнение със съпротивлението на балистичния галванометър.

Проблем No9

За измерване на индукцията на магнитното поле се използва намотка, състояща се от навивки от проводник и свързани към балистичен галванометър. Оста на намотката е успоредна на посоката на магнитното поле. Площ на напречното сечение на намотката . Съпротивление на галванометър ; неговата балистична константа . Когато намотката се извади бързо от магнитното поле, галванометърът дава хвърляне, равно на 50 скални деления. Намерете индукция INмагнитно поле. Пренебрегнете съпротивлението на намотката в сравнение със съпротивлението на балистичния галванометър.

Задача No10

навивки от тънка тел, навита върху правоъгълна дължина на рамката и ширина , окачен на нишка в магнитно поле с индукция . През намотката протича ток . Намерете въртящия момент М, действащи върху намотката на галванометъра, ако равнината на намотката: 1) е успоредна на посоката на магнитното поле; 2) прави ъгъл с посоката на магнитното поле.

Задача No11

На разстояние от дълга права вертикална жица на дължина на конеца и диаметър виси къса магнитна стрелка, магнитният момент на която . Стрелката е в равнина, минаваща през жицата и конеца. Под какъв ъгъл ще се завърти иглата, ако през жицата премине ток? ? Модул, материал на срязване на резбата . Системата е защитена от магнитното поле на Земята.

Задача No12

Галванометърна бобина, състояща се от навивки от тел, окачени на конец с дължина и диаметър в магнитно поле със сила така че равнината му да е успоредна на посоката на магнитното поле. Дължина на рамката на макарата и ширина . Какъв ток азтече по намотката на намотката, ако намотката е завъртяна под ъгъл ? Модул на срязване на материала на резбата .

Задача No13

Квадратна рамка е окачена на тел, така че посоката на магнитното поле образува ъгъл с нормалата към равнината на рамката. Страна на рамката . Индукция на магнитно поле . Ако през рамката преминава ток , след това тя се обръща под ъгъл . Намерете модула на срязване Жматериал за тел. Дължина на проводника , радиус на резбата ­

Задача No14

Огледалото на галванометъра е окачено на тел и диаметър . Намерете въртящия момент М, съответстващ на отклонението на зайчето от сумата на скала, разположена на разстояние от огледалото . Модул на срязване на материал от тел .

Задача No15

Когато електрически ток протича през намотката на галванометър, въртящ момент действа върху неговата рамка с огледало, монтирано върху нея , Рамката се върти под малък ъгъл. Това усукване е в процес на работа. . На какво разстояние Азайчето ще се движи от огледалото по скала, премахната на разстояние от галванометър?

Кондензаторът е система от два или повече проводника (плочи), разделени от диелектрик, която има способността да акумулира голямо количество електричество (електрически заряд). Основната характеристика на кондензатора е неговият електрически капацитет СЪС.

Капацитетът се определя от съотношението на заряда рна положителната плоча на кондензатора към потенциалната разлика между плочите U:

° С= р/U. (1)

В SI електрическият капацитет се измерва във фаради: 1F = 1 C/V.

Кондензаторите се комбинират в батерия, като ги свързват паралелно (фиг. 1) или последователно (фиг. 2).

се състои от напрежението на всеки кондензатор. В този случай общият им капацитет се определя по формулата:

СЪСобщо = (1/ СЪС 1 + 1/СЪС 2 +…+ 1/С Н) –1 . (3)

При лабораторна работа капацитетът на кондензатора се определя с помощта на балистичен галванометър - високочувствително устройство с голям период на естествени трептения на рамката. При краткотраен ток отклонението на рамката е пропорционално на електрическия заряд рпреминали през галванометъра:

р = A n,

Където А(C/div) - балистична константа на галванометъра; н- броят на деленията, с които индикаторът (зайчето) се отклонява по скалата на галванометъра.

Описание на лабораторната обстановка

В лабораторната постановка (фиг. 3) ключът ДА СЕ 1 свързва външно напрежение. Кондензаторът се захранва от потенциометър Р(делител на напрежение). Стойността на напрежението се контролира от волтметър V. Кондензатор СЪСсе зарежда от източника на захранване, когато ключът е в 1 , и се разрежда през галванометър Жпри превод на ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 .

Работен ред

Задача 1. Определяне на балистичната константа с еталонен кондензатор.

1. Получете разрешение от учителя и започнете измерванията.

2. Ключ за активиране ДА СЕ 1 ключ ДА СЕ 2 поставени на позиция 1 .

3. Използвайте потенциометър, за да зададете напрежението, посочено от учителя U.

4. Преведете ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 н

н 1 = н 2 = н 3 =

5. Намерете средната стойност на отклонение на „зайчето“:

нср = ( н 1 + н 2 +н 3)/3 =

6. Определете балистичната константа:

А = ° Съъъ U/нср. =

Където ° С e е референтният капацитет, определен от учителя.

Задача 2. Определяне на неизвестния капацитет на кондензатор.

1 кондензатор

1. Ключ за активиране ДА СЕ 1 ключ ДА СЕ 2 поставени на позиция 1 .

U.

3. Преведете ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 и определете степента на отклонение на светлинното „зайче“ н. Повторете измерванията три пъти.

н 1 = н 2 = н 3 =

нср = ( н 1 + н 2 +н 3)/3 =

° С = A×nср / U =

Където U

д СЪС=d U+D н/нср. =

къде U н

д СЪС = ° Сд СЪС =

Запишете резултата като: ° С = ° С exp ± D СЪС

C =± .

2 кондензатор

1. Ключ за активиране ДА СЕ 1 ключ ДА СЕ 2 поставени на позиция 1 .

2. Използвайте потенциометър, за да зададете напрежението, посочено от учителя U.

3. Преведете ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 и определете степента на отклонение на светлинното „зайче“ н. Повторете измерванията три пъти.

н 1 = н 2 = н 3 =

4. Намерете средната стойност на отклонение на „зайчето“:

нср = ( н 1 + н 2 +н 3)/3 =

5. Определете капацитета на кондензатора

° С = A×nср / U =

Където U- напрежението, до което е зареден кондензаторът.

6. Изчислете относителната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС=d U+D н/нср. =

къде U- относителна грешка при определяне на напрежението (виж лаб. работа 1); д н- половината от цената на най-малкото деление на скалата на галванометъра.

7. Изчислете абсолютната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС = ° Сд СЪС =

Запишете резултата като: ° С = ° С exp ± D СЪС

C =± .

Задача 3. Определяне на капацитета на последователно свързани кондензатори.

По указание на учителя свържете последователно кондензаторите, чийто капацитет е определен в задача 2.

1. Ключ за активиране ДА СЕ 1 ключ ДА СЕ 2 поставени на позиция 1 .

2. Използвайте потенциометър, за да зададете напрежението, посочено от учителя U.

3. Преведете ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 и определете степента на отклонение на светлинното „зайче“ н. Повторете измерванията три пъти.

н 1 = н 2 = н 3 =

4. Намерете средната стойност на отклонение на „зайчето“:

нср = ( н 1 + н 2 +н 3)/3 =

5. Определете капацитета на кондензатора

° С = A×nср / U =

Където U- напрежението, до което е зареден кондензаторът.

6. Изчислете относителната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС=d U+D н/нср. =

къде U- относителна грешка при определяне на напрежението (виж лаб. работа 1); д н- половината от цената на най-малкото деление на скалата на галванометъра.

7. Изчислете абсолютната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС = ° Сд СЪС =

Запишете резултата като: ° С = ° С exp ± D СЪС

C =± .

Задача 4. Определяне на капацитета на паралелно свързани кондензатори.

По указание на учителя свържете паралелно кондензаторите, чийто капацитет е определен в задача 2.

1. Ключ за активиране ДА СЕ 1 ключ ДА СЕ 2 поставени на позиция 1 .

2. Използвайте потенциометър, за да зададете напрежението, посочено от учителя U.

3. Преведете ключа ДА СЕ 2 на позиция 2 и определете степента на отклонение на светлинното „зайче“ н. Повторете измерванията три пъти.

н 1 = н 2 = н 3 =

4. Намерете средната стойност на отклонение на „зайчето“:

нср = ( н 1 + н 2 +н 3)/3 =

5. Определете капацитета на кондензатора

° С = A×nср / U =

Където U- напрежението, до което е зареден кондензаторът.

6. Изчислете относителната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС=d U+D н/нср. =

къде U- относителна грешка при определяне на напрежението (виж лаб. работа 1); д н- половината от цената на най-малкото деление на скалата на галванометъра.

7. Изчислете абсолютната грешка при измерване на капацитета:

д СЪС = ° Сд СЪС =

Запишете резултата като: ° С = ° С exp ± D СЪС

C =± .

Изчислете теоретичната стойност на капацитета

СЪСтеория = СЪС 1 + СЪС 2 =

Контролни въпроси

1. Какво е електрически кондензатор?

2. Какъв е капацитетът на кондензатора?

3. SI единици за капацитет.

4. Защо капацитетът на батерия от паралелно свързани кондензатори е равен на сумата от капацитетите на всеки?

5. Защо зарядът на плочите на всеки кондензатор ще бъде еднакъв, когато е свързан последователно?

6. Как да определите капацитета на батерия от последователно свързани кондензатори?

Лаборатория 4

1. Включете осветлението на скалата на галванометъра. Задайте скалата нула.

2. С помощта на ключ K 1 включете тока във веригата с нормален соленоид. С помощта на реостат R настройте тока на 0,1 ампера. Включете тока във веригата с нормален соленоид.

3. Затворете ключ K 2 във веригата с балистичния соленоид.

4. Затворете ключ K 1 във веригата с нормалния соленоид и измерете отместването на „зайчето“ (скала) α. След като скалата на галванометъра се върне в нулева позиция, отворете клавиша K 2 и отново отбележете нулирането на скалата на галванометъра. Повторете измерванията 2-3 пъти. От всички получени данни изчислете средната стойност на отхвърляне.

5. Използвайки формула (22), определете константата на балистичния галванометър за всяко измерване α. От всички получени стойности изчислете средната стойност на константата на балистичния галванометър.

Въведете резултатите от работата в Таблица 1.

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ХОРИЗОНТАЛНАТА СЪСТАВКА

НАПРЕЖЕНОСТ НА МАГНИТНОТО ПОЛЕ

6. Подравнете равнините на двата пръстена (A и B) на земния индуктор и настройте индуктора според компаса, така че равнините на двата пръстена да са перпендикулярни на равнината на магнитния меридиан.

7. При включен ток в първичния соленоид бързо завъртете целия индуктор на 180° от главата C, забелязвайки спада на „зайчето“ (скала) β. Направете това обратно броене 2-3 пъти. От всички получени бракове на „зайчето” (скала), изчислете средната стойност на β .

8. Използвайки формули (28) и (30), изчислете стойността на силата на хоризонталното магнитно поле на ЗемятаН В .

Въведете резултатите от работата в таблица 2.

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ВЕРТИКАЛНАТА СЪСТАВКА

НАПРЕЖЕНОСТ НА МАГНИТНОТО ПОЛЕ

9. Подравнете равнините на пръстените (A и B) на земния индуктор и настройте индуктора според компаса, така че равнините на двата пръстена да са успоредни на равнината на магнитния меридиан.

10. С включен ток в първичния соленоид, бързо завъртете главата E - пръстен B на 90 o, забелязвайки количеството на изхвърляне на "зайчето" (скала) γ. Направете експеримента 2-3 пъти. От стойностите на всички получени отхвърляния изчислете средната стойност на стойността γ.

11. Използвайки формула (16), изчислете стойността на вертикалната компонента на силата на магнитното поле на Земята HV.

12. Използвайки формула (1), изчислете общата стойност на силата на магнитното поле на Земята N.

Въведете резултатите от работата в таблица 3.

маса 1

Определяне на константата на балистичния галванометър

Таблица 3

Определяне на вертикалната компонента на напрегнатостта на земното поле

магнетизъм.

Опит №	γ	Средна стойност γ	N V
1. 2. 3. 4. 5.

КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ

1. Магнитно поле. Вектор на магнитна индукция.

2. Законът на Био-Савар-Лаплас и приложението му за изчисляване на магнитни полета.

3. Закон на Ампер. Дясна лява ръка.

4. Работата на магнитно поле за преместване на проводник (верига) с ток.

5. Феноменът на електромагнитната индукция. Законът на Фарадей и извеждането му от закона за запазване на енергията. Правилото на Ленц.

Работа № 7

КАЛИБРИРАНЕ НА ТЕРМОДВОЙКА

1. Цел на работата: Запознайте се с термоелектричните явления и калибрирайте термодвойката.

Теоретична част

През 1797 г. Волт открива, че когато два различни метала влязат в контакт, възниква определена потенциална разлика, наречена контактна потенциална разлика. Причините, предизвикващи появата на контактна потенциална разлика, са следните обстоятелства.

1. Различни работни функции за свободни електрони от различни метали. Факт е, че при обикновени температури електроните, извършващи топлинно движение, не излизат от метала; Това, което предпазва електроните от изтръгване от метала, е както тяхното взаимодействие с положителните заряди на ядрото на кристалната решетка, така и отблъскването в метала от онези електрони, които преди това са достигнали металната повърхност. В резултат на това, за да може един електрон да напусне метал, е необходимо да се изразходва много специфично количество работа, което варира за различните метали. При близък контакт на чисти повърхности на различни метали работата на електроните, напускащи техния метал, става малко по-лесна, но все още остава различна за различните метали.

Работата, извършена за преместване на електрически заряд в електрическо поле, е числено равна на произведението на преместения електрически заряд и потенциалната разлика на онези точки в полето, между които се движи зарядът.

A = e(V − V 0),

където V е потенциалът на електрическото поле вътре в метала; и V 0 е потенциалът на електрическото поле извън метала. На практика потенциалът извън метала е нула (V 0 =0), а формулата за извършената работа по освобождаването на електрона от метала приема формата

Тогава потенциалът, който един електрон трябва да преодолее, за да излезе от метала (изходен потенциал), ще бъде равен на

По този начин изходният потенциал е числено равен на работата, която един електрон трябва да извърши, за да излезе от даден метал. Нека, например, когато два метала A и B влязат в контакт, работата на изхода на електрони от метал A ще бъде по-малка от работата на изход на електрони от метал B. В този случай потенциалният изход от метал A (V A) ще бъде по-малък от изходния потенциал от метал B (V B) и между металите възниква контактна потенциална разлика.

, (1)

При това метал А ще бъде зареден положително, а метал В – отрицателно.

2. Различни концентрации на свободни електрони в контактуващи метали. Различните метали се различават по своята структура и това води до различно съдържание на свободни електрони на единица обем. Да приемем, че концентрацията на свободни електрони в метал А е по-голяма отколкото в метал В, т.е. n 0A >n 0B.

Съвсем естествено е поради тази причина повече електрони да излязат от метал А, отколкото от метал В; В резултат възниква потенциална разлика между металите А и В, като метал А е зареден положително, а метал В отрицателно. Тази контактна потенциална разлика се определя по формулата

, (2)

където κ е константата на Болцман;

T – абсолютна температура на контактната точка.;

e – заряд на електрона;

n 0A, n 0B – концентрация на свободни електрони в металите А и В.

Така, като вземем предвид и двете обстоятелства, причиняващи възникването на контактна потенциална разлика, можем да напишем:

(3)

Трябва да се отбележи, че тази електродвижеща сила ще се наблюдава само в краищата на отворена верига. Ако различни метали, свързани последователно, образуват затворена верига, тогава сумата от контактните потенциални разлики на тези метали ще бъде равна на нула, тъй като контактните потенциални разлики при двата контакта ще бъдат еднакви по големина и противоположни по знак. Това обаче ще бъде така само ако температурата на двата контакта от различни метали е еднаква. При различни температури на контактите в затворена верига се появява електродвижеща сила, различна от нула; тази електродвижеща сила се нарича термоелектродвижеща сила. Да приемем, че в затворена верига, съставена от два метала A и B, контактът (1) се поддържа при температура T 1, а контактът (23) при температура T 2 (фиг. 1)

Изходните потенциали V A и V B и концентрацията на свободни електрони n 0A и n 0B, най-общо казано, не зависят от температурата. Общата електродвижеща сила, възникваща в затворен контур, може да бъде записана по следния начин:

Привеждайки подобни членове и пренареждайки числителя и знаменателя на дробта във втория логаритъм, имаме:

(4)

Формулата показва, че електродвижещата сила, генерирана в затворена верига при различни температури на контактите от различни метали, е право пропорционална на температурната разлика на тези контакти.

Тъй като величините K, e, n 0A и n 0B са постоянни, формулата може да се преобразува в:

E = c (T 1 -T 2), (5)

е числено равна на ЕДС, която възниква, когато контактната температура се промени с 1 o C. Въпреки че величината на термоелектродвижещата сила е малка (няколко стотици хилядни от волта на 1 o), термоелектричните явления се използват широко както за измерване на високи температури, така и за откриване на много слабо нагряване. За целта се използват така наречените термоелементи или термодвойки, които представляват два проводника от различни метали с известна и предварително прецизно измерена термоелектродвижеща сила. Проводниците са заварени в точката на контакт. Единият контакт се поставя в среда с определена постоянна температура (T o), а другият в среда, където температурата се променя (T). Получената ЕМП се измерва с помощта на волтметър; измерената ЕМП се използва за определяне на температурната разлика (T – T o); Тъй като T o е предварително известна, температурата T също се намира.

експериментална част

ОПИСАНИЕ НА УСТРОЙСТВОТО

Целта на тази работа е да се калибрира термодвойката, т.е. установяване на зависимостта на термоелектродвижещата сила от температурата (формула 4 и 5).

Лабораторната инсталация се състои от следните инструменти: 1) термодвойка, 2) батерия, 3) волтметър, 4) галванометър, 5) потенциометър, състоящ се от два магазина за съпротивление, 6) шнур на потока, 7) ключ, 8) Дюарова колба, 9 ) котлон , 10) термометър.

ЗАВЪРШВАНЕ НА РАБОТАТА

1. Сглобете електрическата верига съгласно приложената схема (фиг. 2)

В този случай е необходимо да се има предвид, че: а) положителният полюс на батерията (+E 0) и положителният полюс на термобатареята (+T.B) трябва да бъдат свързани към една и съща клема на реохорда (това е по-удобен за този, близо до който се намира линията нула), б) r 1 - потенциометър със съпротивление 240 ома, r - потенциометър със съпротивление 240 ома, r 2 - реохорд със съпротивление 7 ома, в) отрицателният полюс на термобатареята (-TB) трябва да бъде свързан чрез галванометър към подвижния контакт P на реохорда, d) Поставете лявото съединение на термоелемента в колба на Дюар, а дясното съединение в поставена чаша със студена вода на студена електрическа печка, която не е включена. В същата чаша трябва да се постави термометър.

2. След проверка на сглобената верига от учителя, поставете подвижния контакт P на плъзгача в нулева позиция и включете превключвателя K. Стрелката на галванометъра трябва да е на нула (в противен случай се свържете с учителя).

3. Запишете показанията на термометъра, включете котлона и наблюдавайте промяната на температурата.

4. На всеки 5 градуса нагряване: а) запишете температурата, б) плавно, движейки подвижния контакт P, настройте стрелката на галванометъра на нула, в) запишете дължината на рамото на плавника от точка А до подвижния контакт P.

5. Всички тези измервания трябва да се извършват, докато точката на кипене на водата или, в случай на подвижния контакт на пръта на потока, се премести до точка B.

6. Въведете всички измервания в колони 1,2,3,4 на таблицата.

7. За да се изчисли ЕДС на термобатареята (E), както и стойността C (термоелектродвижеща сила, която възниква при промяна на температурата на нагрятия преход с 1 o), е необходимо да се направят някои теоретични изчисления и изчисления. Факт е, че в положението на подвижния контакт P, при което стрелката на галванометъра q ще бъде на нула (без ток), термоелектродвижещата сила ще бъде точно равна на спада на напрежението в участъка на реохорда от точка А до подвижен контакт P. Следователно, на първо място, трябва да знаете какъв е спадът на напрежението в целия реохорд AB, създаден от батерията E o. Нека означим (виж фиг. 2) тока на потенциометъра r 1 с i 1 . на потенциометъра r - през i и на реохорда r 2 през i 2; тогава, използвайки първия закон на Кирхоф, можем да запишем за точка D:

според втория закон на Кирхоф се оказва (за контура E o D E o)

i 1 r 1 + i r = V (7)

Тъй като потенциометърът r 1 и реохордът r 2 са свързани успоредно един на друг, тогава

i 1 r 1 = i 2 r 2 (8)

Нека заместим в уравнение (7) вместо i неговата стойност от уравнение (6).

i 1 r 1 + i 1 r+ i 2 r = V (9)

В уравнение (9) заместваме i 1 r 1 с равна стойност от равенството (8)

(10)

В последния израз извадете i 2 r 2 извън скобите

(11)

Тъй като i 2 r 2 = i 1 r 1, тогава израз (11) може да се запише, както следва:

(12)

i 2 r 2 – е желаното напрежение върху цялата хорда на потока, създадено от източника на ток.

8. След като бъде изчислен спадът на напрежението по цялата хорда на потока, можете да започнете да изчислявате термоелектродвижещата сила за всяка измерена температура (вижте точка 4 в раздела „Извършване на работата“). Процедурата за изчисляване е следната: нека означим броя на всички деления на реохорда с N; Да приемем, че за някакво наблюдение подвижният контакт спира на n-то деление на реохордата и стрелката на галванометъра е на нула.

Ако при позицията на подвижния контакт P на n-то деление на реохорда стрелката на галванометъра е на нула, това означава, че термоелектродвижещата сила, която възниква при дадена температура, компенсира само тази част от напрежението на реохорда, която пада от частта на реохорда, съответстваща на неговите n деления (E FB = V AR).

Да направим пропорция:

За N деления на реохорда има i 2 r 2 волта (виж формуляр 12), а за n деления има x волта.

Това напрежение x е електродвижещата сила (E). които са възникнали в термобатареята при определена фиксирана температура.

Въведете всички тези изчисления на термоелектродвижещата сила в таблицата.

9. Изчислете стойността на константата “c” за всяко число на наблюдение, като използвате формула (5).

10. Постройте графика на зависимостта на термоелектродвижещата сила от температурата, като по абсцисната ос нанесете стойността на температурната разлика (t a - t b), а по ординатната ос - стойността на термоелектродвижещата сила E.

КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ

1. Цел и производство на работа

2. Концепцията за контактна потенциална разлика. Законите на Волта.

3. Термоелектричество. ТермоЕМП и приложението му в селското стопанство.

4. Калибриране на термодвойка.