1.4. Rychle přepneme na K 1 a počítáme první maximální odchylku světelné skvrny b na stupnici. (Chcete-li ztišit rám balistického galvanometru, musíte zapnout klíč K).

1.5. Poté opakujte stejný experiment pro dva další proudy I 2 = 0,2A a

1.6. Pomocí vzorce (8) určíme C a poté jeho průměrnou hodnotu:

Tabulka 1 - Stanovení nastavení balistické konstanty

			C c r, Wb/m

2. Demagnetizace torusu.

2.1. Tlačítkem K otevřete měřicí obvod, aby nedošlo k popálení galvanometru při demagnetizaci.

2.2. Připojte výstupní konce LATR („Load“) ke svorkám „Demagnetizace“ umístěným na panelu.

2.3. Nastavte regulátor napětí LATR do nulové polohy.

2.4. Připojte LATR k ​​síti se střídavým napětím 220 V.

2.5. Plynule změňte výstupní napětí LATR z 0 na 100 V a poté ze 100 na 0. Toto opakujte 5krát.

2.6. Zakázat LATR.

3. Studie závislosti B na H.

3.1. Pomocí spínače K 2 uzavřete obvod k torusu.

3.2. Pomocí reostatů R 1 a R 2 nastavte proud na 0,1A.

3.3. Rychle změňte směr proudu v torusu přepnutím tlačítka K 1 opačným směrem a zaznamenejte odchylku světelné skvrny balistického galvanometru a.

3.4. Při dané aktuální hodnotě zopakujte experiment alespoň 3x a určete průměrnou hodnotu a prům.

3.5. Důsledně při každém zvýšení proudu v torusu o DI = 0,1A provádějte experimenty v odstavcích 3.1-3.4, dokud není dosaženo maximální hodnoty proudu, kterou lze v instalaci získat.

3.6. Pro každou hodnotu proudu v torusovém vinutí vypočítejte sílu magnetického pole H pomocí vzorce (6), určete

3.7. Pro každou aktuální hodnotu určete B pomocí vzorce (5).

3.8. Nakreslete graf B = f(H).

3.9. Pomocí vzorce (7) vypočítejte ma vykreslete závislost m=f(H).

3.11. Udělejte závěr o povaze závislostí B = f(H) a m=f(H).

Tabulka 2 – Výsledky studia magnetického pole jádra torusu

			V,T

BEZPEČNOSTNÍ PŘEDPISY

1. Připojte stojan k síti střídavé napětí 220 V pouze se svolením vyučujícího.

2. Opatrně demagnetizujte torus. Při demagnetizaci nezapomeňte otevřít obvod balistického galvanometru tlačítkem K (do polohy „Vypnuto“).

ZKONTROLUJTE OTÁZKY PRO POVOLENÍ K PRÁCI

1. Co je cílem práce?

2. Jaké je pořadí prací?

3. Jak se určuje balistická konstanta instalace?

4. Jak se určuje B?

5. Jak se určuje H?

6. Jak se určuje m?

7. Jaké je instalační schéma? Řekněte nám o ní.

TESTOVACÍ OTÁZKY PRO OCHRANU VAŠÍ PRÁCE

1. Jaký jev je základem výkonu práce?

2. Co je charakteristické pro třídu látek – feromagnetika?

3. Co jsou diamagnetické a paramagnetické materiály?

4. Jaký je fyzikální význam nastavení balistické konstanty?

5. Jaké množství náboje protéká balistickým galvanometrem při změně magnetického toku?

6. Vysvětlete závislost B = f(H) pro feromagnetikum.

7. Proč byl torus demagnetizován?

8. Vysvětlete závislost m=f(H).

1. Trofimová T.I. Kurz fyziky - M.: Vyšší škola, 1999. - 542 s.

2. Zisman G.A., Todes O.D. Kurz obecné fyziky. T.2.-M.: Science, 1969.-

3. Dorošenková N.K., Voronov I.N. Magnetické vlastnosti hmoty - SibGGMA: Novokuzněck, 1997. - 27 s.

Plán 2002

Zkompilovaný:

Dorošenková Naděžda Kuzminichna

Voronov Ivan Nikolajevič

Konovalov Sergej Valerijevič

Boková Taťána Grigorjevna

Martusevič Elena Vladimirovna

STUDIUM MAGNETICKÉ INDUKCE V ŽELEZA

BALISTICKOU METODOU

Pokyny pro provádění laboratorních prací na kurzu

"Obecná fyzika"

Redaktor N. P. Lavrenyuk

Vydavatel č. 01439 ze dne 04.05.2000 Podepsáno pro pečeť

Formát papíru 60x84 1/16 Dopisový papír Ofsetový tisk

Cond.bake.l. 0,58 Academic-ed.l. 0,65 Náklad 100 výtisků. Objednat

Sibiřská státní průmyslová univerzita

654007, Novokuzněck, Kirova ul., 42

Vydavatelské centrum SibGIU

LABORATORNÍ PRÁCE č. 2

STANOVENÍ KAPACITY KONDENZÁTORU BALISTICKÝM GALVANOMETREM

1. Úvod

Cíl práce– seznámení s balistickou metodou stanovení kapacity kondenzátoru. Práce se skládá ze dvou částí. V první části se zjistí hodnota balistické konstanty galvanometru, ve druhé se zjišťují kapacity dvou kondenzátorů a kapacity těchto zapojených kondenzátorů. paralelní a sekvenční.

Kapacita kondenzátoru je rovna nabíjecímu poměru q na kondenzátoru na potenciálový rozdíl mezi jeho deskami

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

Pro sériové připojení

Náboj na kondenzátoru se měří pomocí balistického galvanometru. Balistická metoda je jednou z metod nejen elektrických, ale i magnetických měření. K zařízením magnetoelektrického systému patří balistický galvanometr, jehož schématická struktura je na Obr. 1. Mezi póly permanentního magnetu N.S. ocelový válec je umístěn pro vytvoření radiálního magnetického pole V. Válec je nehybně upevněn. V mezeře mezi póly magnetu a válcem se může rám volně otáčet NA s tenkým drátěným vinutím, zavěšeným na kovové nebo křemenné niti M. K měření úhlů natočení rámu se používá zrcadlo. A, na který dopadá světelný paprsek osvětlovacího zařízení. K měření náboje se používá balistický galvanometr, jehož doba trvání t proudící obvodem je malá ve srovnání s periodou T přirozené vibrace rámu. Balistický galvanometr se od běžných zrcadlových galvanometrů liší tím, že má zvýšený moment setrvačnosti. já jeho mobilní systém. Pokud dojde ke krátkodobému proudovému impulsu (t<<T), pak v každém okamžiku je rám vystaven točivému momentu způsobenému interakcí proudu i s magnetickým polem: https://pandia.ru/text/78/409/images/image007_6.png" width="37" height="45">. Protože se proud v tuto chvíli zastavil, rám se začne otáčejí se setrvačností počáteční rychlostí w0 a stáčí závit. V okamžiku zastavení rámu se veškerá kinetická energie přemění na potenciální energii stáčeného závitu, kde D- konstantní kroucení závitu; j – maximální úhel vychýlení rámu:

Úhlová rychlost w0, ..png" width="65" height="41 src=">.

Provedeme integraci:

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

Kde q– náboj procházející rámem za dobu t. Při společném řešení rovnic (4) a (5) budeme mít . Experimentálně se odchylka světelného „zajíčka“ (odmítnutí) neměří v úhlech, ale v dílcích stupnice n. Protože n a j jsou vzájemně úměrné, pak můžeme konečně psát

q = Bn, (6)

Kde V– koeficient úměrnosti, který se nazývá balistická konstanta galvanometru. Balistická konstanta je číselně rovna množství náboje, který způsobí, že se „zajíc“ odchýlí o jeden dílek stupnice. Jakýkoli galvanometr může sloužit jako balistický, pokud je splněna podmínka t<< T. Takže znát balistickou konstantu galvanometru V, odpadky n když je kondenzátor vybitý a údaje voltmetru U, podle vzorců (1) a (6) zjistěte kapacitu

Nabíječky" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">zdroj napájení, G- balistický galvanometr, V- voltmetr, NA- dvojitý spínač. Těhotná já přepínač NA kondenzátor S nabíjení; když je spínač přesunut do polohy II kondenzátor se vybije přes galvanometr. V tuto chvíli se měří maximální odchylka „zajíčka“. n na škále.

V první části práce je pro stanovení balistické konstanty zařazen do obvodu kondenzátor známé kapacity (obr. 2) - norma S E. Nabitím referenčního kondenzátoru na určitý potenciálový rozdíl U a poté jej vybijte na galvanometr, změřte odchylku „zajíčka“ n. Protože náboj na kondenzátoru je stejný q = C uh U, pak pomocí vzorce (6) můžeme vypočítat balistickou konstantu

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

n, záležitosti

q, uC

V, uC/díl

Ve středu, uC/díl

1. Vypočítejte V pro každého U pomocí vzorce (8) zjistěte průměrnou hodnotu V. Vytvořte graf závislosti q z n a ujistěte se, že tento vztah je lineární.

2. Odvoďte vzorec pro chybovou hodnotu V podle pravidel pro výpočet chyby nepřímých měření. Vypočítejte D B/V pro: nejmenší hodnotu U podle tabulky. 1.

Stanovení kapacit neznámých kondenzátorů a jejich zapojení

tabulka 2

		n, záležitosti	S, uF	SSSR, uF
Kondenzátor S 1
Kondenzátor S 2
Paralelní spoj. S"
Konzistentní spoj. S""

3. Vypočítejte kapacitu kondenzátorů S 1, S 2, S" A S" podle vzorce (7).

4. Pomocí vzorců (2) a (3) najděte teoretické hodnoty kapacit kondenzátorů S" teorie a S" teorie a porovnat se zkušenými S" A S".

5. Odvoďte chybový vzorec D S/S pro kapacitu zjištěnou experimentálně (vzorec 7). Vypočítejte D S 1/S 1, D S 2/S 2, D S"/S", D S"/S" pro jednu z hodnot U(D V/V převzato z bodu 2). Určete absolutní chyby a zaznamenejte konečný výsledek pro každý kontejner.

6. Najděte rozdíl hodnot kapacity pro paralelní (nebo sériové) zapojení, získané experimentálně a teoreticky. Porovnat ( S" – S" teorie) s chybou tohoto rozdílu D( S" – S" teorie) a ujistěte se, že S" – S" teorie £. D( S" – S" teorie). Hodnoty S 1 S 2 a S" převzato ze stolu. 2 při stejném potenciálovém rozdílu U.

7. Další úkol. Navrhuje se promyslet a experimentálně vyzkoušet metodu pro stanovení kapacity kondenzátoru pomocí referenčního kondenzátoru, ale bez předchozího měření balistické konstanty.

LITERATURA

1. , Kurz fyziky. – M.: Vyšší. škola, 1999, § 16.2, 16.3.

LABORATORNÍ PRÁCE č. 2.14

„STANOVENÍ ELEKTRICKÉ KAPACITY POUŽITÍ KONDENZÁTORU

BALISTICKÝ GALVANOMETR"

Cíl práce: experimentální stanovení dynamické konstanty balistického galvanometru a kapacity kondenzátoru.

Popis elektrického obvodu

Elektrické schéma, použitý v této laboratorní práci, je uveden na Obr. 1. Tady G- balistický galvanometr, S- kondenzátor, P- vypínač, PROTI- voltmetr, B– EMF baterie.

Rýže. 1. Schematický diagram instalací

Když spínač P nastavením do levé polohy se kondenzátor nabíjí z baterie B a současně je galvanometr přemísťován s kritickým odporem (v diagramu není uveden). Díky tomu je jeho rám instalován v rovnovážné poloze. Když spínač P nastaven do správné polohy, kondenzátor se vybije přes galvanometr.

Vysvětlení k práci

Balistický galvanometr je navržen tak, aby změřil množství elektřiny protékající jeho rámem za čas výrazně kratší, než je perioda jeho vlastních kmitů. Balistický galvanometr se liší od konvenčního galvanometru magnetoelektrického systému tím, že jeho pohyblivá část je vyrobena masivněji a má větší moment setrvačnosti. j.

Rýže. 2. Návrh balistického galvanometru.

Rýže. 3. Schéma balistického galvanometru (pohled shora).

V prstencové mezeře mezi póly permanentního magnetu N a S je na kovovém závitu zavěšen drátěný rám 1 a válec z měkkého železa 2. Závit je opatřen zrcadlem. K měření odchylky rámu od rovnovážné polohy se používá paprsek světla, který je nasměrován od žárovky na zrcadle a od ní odražený dopadá na stupnici.

Když na rám 1 protéká krátkodobý proud J ze strany vnějšího magnetického pole, působí dvojice ampérových sil, které vytvářejí točivý moment.

Trvání aktuálního impulsu t je mnohem kratší než doba vlastních kmitů rámu T (t << T), protože pohyblivá část galvanometru má velký moment setrvačnosti (díky válci 2). Působení ampérového momentu síly na rám má proto charakter „úderu“ (odtud název galvanometru).

Při otáčení rámu se jeho kinetická energie přeměňuje na potenciální energii kroucené nitě. Spolu s rámem na rohu 0 zrcadlo se také otáčí (světelný paprsek se posune o úhel 2 0). (obr. 3)

Pohyb rámu balistického galvanometru je popsán stejnou rovnicí jako v případě běžného galvanometru magnetoelektrického systému:

J
, (1)

kde K 1 je koeficient torzní pružnosti; K 2 – koeficient elektromagnetického brzdění; B – modul magnetické indukce; S – plocha rámu; n – kolmo k obrysu.

Od momentu setrvačnosti j je velký, na levé straně rovnice (1) lze druhý a třetí člen zanedbat ve srovnání s prvním:

j . (2)

Množství elektřiny q, prošel rámem v čase t, lze určit integrací rovnice (2):

j
. (3)

Kinetická energie rámu galvanometru je rovna

(4)

která přechází v potenciální energii kroucení pod úhlem α vlákna:

. (5)

Moment setrvačnosti lze určit ze vzorce pro období T 0 elastické torzní vibrace:

(6)

Dosazení vzorců (4)-(6) do (3) a zohlednění toho E K = E P, my máme

, (7)

Označme . Z výrazu (7) je zřejmé, že maximální rotace rámu balistického galvanometru je úměrná množství elektřiny, která jím protéká:

, (8)

kde je hodnota β – dynamická konstanta galvanometru. Určuje množství elektřiny, při průtoku rámem se rám otočí o úhel rovný 1 radián.

Úhel odchylky "zajíčka" se rovná

, (9)

Kde n– odchylka světelného „zajíčka“ na stupnici;

l– vzdálenost od zrcadla k stupnici.

Nahrazení hodnoty q ze vzorce pro kapacitu kondenzátoru do vzorce (8) a při zohlednění výrazu (9) získáme:

. (10)

Zakázka

Cvičení 1: Stanovení dynamické konstanty.

1. Zapojte do obvodu referenční kondenzátor Od 0 se známou kapacitou.

2. Použijte spínač SA k uzavření obvodu

3. Přepínač P nastavte do polohy „nabíjení“ a nabijte kondenzátor Od 0 .

4. Přepínač P nastavte do polohy „vybíjení“ a označte krajní dělení n 0, ke kterému se zajíček přesune při prvním kmitu v procesu vybíjení kondenzátoru přes galvanometr.

5. Opakujte body 3-4 5x.

Cvičení 2: Stanovení kapacity kondenzátoru.

1. Zařaďte do obvodu kondenzátor s neznámou kapacitou C1.

2. P.p. 2-5 cviků 1 opakujte 5x ( n 1).

3. Zapojte do obvodu kondenzátor C 2.

4. P.p. 2-5 cviků 1 opakujte 5x ( n 2).

5. Zapojte do obvodu kondenzátor S páry, což je paralelní připojení C 1 A C 2(položky 2-5 cvičení 1, opakujte 5krát) n párů.

6. Zapojte do obvodu kondenzátor Od minula– (sériové připojení C 1 A C 2) (položky 2-5 cvičení 1, opakujte 5krát) p poslední.

Tabulka měření

1. Údaje elektrického schématu:

– délka od zrcadla po měřítko l= 180 mm, Al= 0,5 mm;

– kapacita referenčního kondenzátoru Od 0= 0,047 uF; .

2. Určení odchylky světelného „zajíčka“ n:

Zkušenost č.	n 0, záležitosti	Δn 0, záležitosti	n 1, záležitosti	Δn 1, záležitosti	n 2, záležitosti	Δn 2, záležitosti	(n)parní, záležitosti	Δ(n) párů, záležitosti	(n) poslední, záležitosti	Δ(n) poslední, záležitosti
St. zn.

Zpracování výsledků měření.

2. Určete relativní chybu pomocí vzorce

,

ΔU určit z třídy přesnosti voltmetru, Δn 0- součet instrumentálních a náhodných chyb.

4. Určete odpovídající relativní chyby pomocí vzorce:

.

5. Najděte množství S páry A Od minula podle následujících vzorců:

; .

6. Porovnejte experimentální a vypočtené hodnoty S páry A Od minula.

Kontrolní otázky

1.Co je elektrická kapacita? V jakých jednotkách se měří v soustavách SI a SGSE?

2. Vysvětlete konstrukci a princip činnosti balistického galvanometru?

3.Jaká elektrická veličina se měří pomocí balistického galvanometru?

4.Jaký je fyzikální význam dynamické konstanty β ?

5.Jakou hodnotu naměří balistický galvanometr, pokud je k němu připojen zdroj stejnosměrného proudu?

6.Popište proces vybíjení kondenzátoru; Uveďte vzorec pro vybíjecí proud kondenzátoru přes určitý odpor.

Úkol č. 1

Kondenzátory jsou zapojeny podle obr. 1. Kapacita kondenzátorů: , , , . Určete elektrickou kapacitu S kondenzátorové banky.

Úkol č. 2

Určete elektrickou kapacitu S obvod znázorněný na obr. 2, kde , , , , .

Od 21

C 1

C 4321

C 321

Obr. 1

C 54321

C 1

Od 21

C 321

C 4321

C 1

Od 21

C 321

C 4321

C 54321

Obr.2

Obr.3

Úkol č. 3

Podle schématu na obr. 3 je zapojeno pět různých kondenzátorů. Určete elektrickou kapacitu S 4, ve kterém elektrická kapacita celého zapojení nezávisí na velikosti elektrické kapacity S 5. Akceptovat , , .

Úkol č. 4

Mezi deskami plochého kondenzátoru nabitého na rozdíl potenciálů , existují dvě vrstvy dielektrika: silné sklo a tloušťka ebonitu . Náměstí S každá deska kondenzátoru se rovná 200 cm 2. Najděte: 1) elektrickou kapacitu S kondenzátor; 2) offset D, napětí E pole a potenciální pokles U v každé vrstvě.

Problém #5

Parafínová deska o tl , který těsně přiléhá k jeho deskám. Jak moc potřebujete zvětšit vzdálenost mezi deskami, abyste získali stejnou kapacitu?

Problém #6

Kondenzátor s kapacitou se pravidelně nabíjí z baterie pomocí EMF a je vypouštěn přes prstencovou cívku o průměru a rovina prstence se shoduje s rovinou magnetického poledníku. Cívka má otočit se. Horizontální magnetická střelka umístěná ve středu cívky se odchyluje o úhel . Kondenzátor spíná na frekvenci . Najděte vodorovnou složku z dat tohoto experimentu N g síla magnetického pole Země.

Problém č. 7

Kondenzátor s kapacitou pravidelně nabíjené z baterie pomocí EMF a vybíjí se přes délku solenoidu . Solenoid má zatáčky. Průměrná intenzita magnetického pole uvnitř solenoidu . S jakou frekvencí P Spíná se kondenzátor? Průměr solenoidu je považován za malý ve srovnání s jeho délkou.

Problém č. 8

Na délku solenoidu a průřezová plocha nasadit na cívku sestávající z zatáčky. Cívka je připojena k balistickému galvanometru, jehož odpor je . Podél vinutí elektromagnetu, sestávajícího z otáčí, teče proud . Najděte balistickou konstantu S galvanometru, pokud je známo, že když je proud v elektromagnetu vypnut, galvanometr dává zpětný ráz rovný 30 dílkům stupnice (balistická konstanta galvanometru je hodnota numericky rovna množství elektřiny, která způsobí pokles stupnice o jedna divize). Zanedbávejte odpor cívky ve srovnání s odporem balistického galvanometru.

Problém č. 9

K měření indukce magnetického pole slouží cívka sestávající z závity drátu a připojené k balistickému galvanometru. Osa cívky je rovnoběžná se směrem magnetického pole. Plocha průřezu cívky . Odpor galvanometru ; jeho balistická konstanta . Když je cívka rychle vytažena z magnetického pole, galvanometr dává hod rovný 50 dílkům stupnice. Najděte indukci V magnetické pole. Zanedbávejte odpor cívky ve srovnání s odporem balistického galvanometru.

Problém č. 10

závity tenkého drátu navinutého na obdélníkové délce rámu a šířku , zavěšený na niti v magnetickém poli s indukcí . Cívkou protéká proud . Najděte točivý moment M, působící na cívku galvanometru, pokud rovina cívky: 1) je rovnoběžná se směrem magnetického pole; 2) svírá úhel se směrem magnetického pole.

Problém č. 11

Na dálku z dlouhého rovného svislého drátu na délce závitu a průměr visí krátká magnetická střelka, jejíž magnetický moment . Šipka je v rovině procházející drátem a nití. Pod jakým úhlem se jehla otočí, když drátem prochází proud? ? Modul, smykový materiál závitu . Systém je chráněn před magnetickým polem Země.

Problém č. 12

Cívka galvanometru sestávající z závity drátu, zavěšené na délce závitu a průměr v magnetickém poli síly tak, aby jeho rovina byla rovnoběžná se směrem magnetického pole. Délka rámu navijáku a šířku . Jaký je proud já proudí podél vinutí cívky, pokud je cívka natočena pod úhlem ? Smykový modul materiálu závitu .

Problém č. 13

Čtvercový rám je zavěšen na drátu tak, aby směr magnetického pole svíral úhel s normálou k rovině rámu. Strana rámu . Indukce magnetického pole . Pokud rámem prochází proud , pak se otočí do úhlu . Najděte smykový modul G drátěný materiál. Délka drátu , poloměr závitu ­

Problém č. 14

Zrcadlo galvanometru je zavěšeno na délce drátu a průměr . Najděte točivý moment M, odpovídající odchylce zajíčka o částku na stupnici umístěné ve vzdálenosti od zrcadla . Smykový modul drátěného materiálu .

Problém č. 15

Když elektrický proud protéká vinutím galvanometru, působí na jeho rám se zrcátkem namontovaným točivý moment , Rám se otáčí pod malým úhlem. Toto kroucení je nedokončené. . V jaké vzdálenosti A zajíček se bude pohybovat od zrcadla po stupnici odstraněné na dálku z galvanometru?

Kondenzátor je systém dvou nebo více vodičů (desek) oddělených dielektrikem, který má schopnost akumulovat velké množství elektřiny (elektrický náboj). Hlavní charakteristikou kondenzátoru je jeho elektrická kapacita S.

Kapacita je určena poměrem nabití q na kladnou desku kondenzátoru na rozdíl potenciálů mezi deskami U:

C= q/U. (1)

V SI se elektrická kapacita měří ve faradech: 1F = 1 C/V.

Kondenzátory jsou spojeny do baterie, přičemž jsou zapojeny paralelně (obr. 1) nebo sériově (obr. 2).

sestává z napětí na každém kondenzátoru. V tomto případě je jejich celková kapacita určena vzorcem:

S celkem = (1/ S 1 + 1/S 2 +…+ 1/S N) –1 . (3)

Při laboratorní práci se kapacita kondenzátoru zjišťuje pomocí balistického galvanometru - vysoce citlivého zařízení s velkou periodou vlastních kmitů rámu. Při krátkodobém proudu je výchylka rámu úměrná elektrickému náboji q prošel galvanometrem:

q = A n,

Kde A(C/div) - balistická konstanta galvanometru; n- počet dílků, o které se ukazatel (zajíček) odchyluje na stupnici galvanometru.

Popis uspořádání laboratoře

V nastavení laboratoře (obr. 3) klíč NA 1 připojuje externí napětí. Kondenzátor je napájen potenciometrem R(dělič napětí). Hodnota napětí je řízena voltmetrem PROTI. Kondenzátor S se nabíjí ze zdroje energie, když je klíč v 1 a je vypouštěn přes galvanometr G při překladu klíče NA 2 do polohy 2 .

Zakázka

Úkol 1. Stanovení balistické konstanty pomocí referenčního kondenzátoru.

1. Získejte povolení od učitele a začněte měřit.

2. Povolit klíč NA 1 klíč NA 2 nastavte do polohy 1 .

3. Pomocí potenciometru nastavte napětí určené učitelem U.

4. Přeložte klíč NA 2 do polohy 2 n

n 1 = n 2 = n 3 =

5. Najděte průměrnou hodnotu odchylky „zajíčka“:

n av = ( n 1 + n 2 +n 3)/3 =

6. Určete balistickou konstantu:

A = C uh U/n průměr =

Kde C e je referenční kapacita určená učitelem.

Úkol 2. Stanovení neznámé kapacity kondenzátoru.

1 kondenzátor

1. Povolit klíč NA 1 klíč NA 2 nastavte do polohy 1 .

U.

3. Přeložte klíč NA 2 do polohy 2 a určit velikost odchylky světelného „zajíčka“ n. Opakujte měření třikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

n av = ( n 1 + n 2 +n 3)/3 =

C = A×n St / U =

Kde U

d S= d U+D n/n průměr =

kde d U n

D S = C d S =

Výsledek zapište jako: C = C exp ± D S

C =± .

2 kondenzátor

1. Povolit klíč NA 1 klíč NA 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocí potenciometru nastavte napětí určené učitelem U.

3. Přeložte klíč NA 2 do polohy 2 a určit velikost odchylky světelného „zajíčka“ n. Opakujte měření třikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Najděte průměrnou hodnotu odchylky „zajíčka“:

n av = ( n 1 + n 2 +n 3)/3 =

5. Určete kapacitu kondenzátoru

C = A×n St / U =

Kde U- napětí, na které se nabíjí kondenzátor.

6. Vypočítejte relativní chybu měření kapacity:

d S= d U+D n/n průměr =

kde d U- relativní chyba v určení napětí (viz laboratorní práce 1); D n- poloviční cena nejmenšího dílku stupnice galvanometru.

7. Vypočítejte absolutní chybu měření kapacity:

D S = C d S =

Výsledek zapište jako: C = C exp ± D S

C =± .

Úkol 3. Určení kapacity sériově zapojených kondenzátorů.

Podle pokynů učitele zapojte do série kondenzátory, jejichž kapacity byly určeny v úloze 2.

1. Povolit klíč NA 1 klíč NA 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocí potenciometru nastavte napětí určené učitelem U.

3. Přeložte klíč NA 2 do polohy 2 a určit velikost odchylky světelného „zajíčka“ n. Opakujte měření třikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Najděte průměrnou hodnotu odchylky „zajíčka“:

n av = ( n 1 + n 2 +n 3)/3 =

5. Určete kapacitu kondenzátoru

C = A×n St / U =

Kde U- napětí, na které se nabíjí kondenzátor.

6. Vypočítejte relativní chybu měření kapacity:

d S= d U+D n/n průměr =

kde d U- relativní chyba v určení napětí (viz laboratorní práce 1); D n- poloviční cena nejmenšího dílku stupnice galvanometru.

7. Vypočítejte absolutní chybu měření kapacity:

D S = C d S =

Výsledek zapište jako: C = C exp ± D S

C =± .

Úkol 4. Určení kapacity paralelně zapojených kondenzátorů.

Podle pokynů vyučujícího zapojte paralelně kondenzátory, jejichž kapacity byly určeny v úloze 2.

1. Povolit klíč NA 1 klíč NA 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocí potenciometru nastavte napětí určené učitelem U.

3. Přeložte klíč NA 2 do polohy 2 a určit velikost odchylky světelného „zajíčka“ n. Opakujte měření třikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Najděte průměrnou hodnotu odchylky „zajíčka“:

n av = ( n 1 + n 2 +n 3)/3 =

5. Určete kapacitu kondenzátoru

C = A×n St / U =

Kde U- napětí, na které se nabíjí kondenzátor.

6. Vypočítejte relativní chybu měření kapacity:

d S= d U+D n/n průměr =

kde d U- relativní chyba v určení napětí (viz laboratorní práce 1); D n- poloviční cena nejmenšího dílku stupnice galvanometru.

7. Vypočítejte absolutní chybu měření kapacity:

D S = C d S =

Výsledek zapište jako: C = C exp ± D S

C =± .

Vypočítat teoretickou hodnotu kapacity

S teorie = S 1 + S 2 =

Kontrolní otázky

1. Co je to elektrický kondenzátor?

2. Jaká je kapacita kondenzátoru?

3. Jednotky SI kapacity.

4. Proč je kapacita baterie paralelně zapojených kondenzátorů rovna součtu kapacit každého z nich?

5. Proč bude náboj na deskách libovolného kondenzátoru při sériovém zapojení stejný?

6. Jak zjistit kapacitu baterie sériově zapojených kondenzátorů?

Laboratoř 4

1. Zapněte osvětlení stupnice galvanometru. Nastavte nulu na stupnici.

2. Pomocí klíče K 1 zapněte proud v obvodu normálním elektromagnetem. Pomocí reostatu R nastavte proud na 0,1 ampéru. Zapněte proud v obvodu normálním elektromagnetem.

3. Uzavřete klíč K 2 v obvodu s balistickým elektromagnetem.

4. Uzavřete klíč K 1 v obvodu s normálním elektromagnetem a změřte offset „zajíčka“ (měřítko) α. Poté, co se stupnice galvanometru vrátí do nulové polohy, otevřete tlačítko K 2 a znovu zaznamenejte reset stupnice galvanometru. Opakujte měření 2-3krát. Ze všech získaných údajů vypočítejte průměrnou hodnotu odmítnutí.

5. Pomocí vzorce (22) určete konstantu balistického galvanometru pro každé měření α. Ze všech získaných hodnot vypočítejte průměrnou hodnotu konstanty balistického galvanometru.

Výsledky práce zapište do tabulky 1.

URČENÍ HORIZONTÁLNÍ SOUČÁSTI

SÍLA MAGNETICKÉHO POLE

6. Srovnejte roviny obou prstenců (A a B) zemského induktoru a nastavte induktor podle kompasu tak, aby roviny obou prstenců byly kolmé k rovině magnetického poledníku.

7. Se zapnutým proudem v primárním elektromagnetu rychle otočte celou induktorem o 180° o hlavici C, přičemž si všimněte poklesu „zajíčka“ (stupnice) β. Toto odpočítávání proveďte 2-3krát. Ze všech získaných výmetků „králíčka“ (měřítko) vypočítejte průměrnou hodnotu β .

8. Pomocí vzorce (28) a (30) vypočítejte hodnotu horizontální intenzity magnetického pole ZeměН В .

Výsledky práce zapište do tabulky 2.

URČENÍ VERTIKÁLNÍ KOMPONENTY

SÍLA MAGNETICKÉHO POLE

9. Srovnejte roviny prstenců (A a B) zemského induktoru a nastavte induktor podle kompasu tak, aby roviny obou prstenců byly rovnoběžné s rovinou magnetického poledníku.

10. Se zapnutým proudem v primárním elektromagnetu rychle otočte hlavou E - kroužek B o 90 o, všímejte si velikosti házení „zajíčka“ (stupnice). γ. Proveďte experiment 2-3krát. Z hodnot všech získaných zmetků vypočítejte průměrnou hodnotu hodnoty γ.

11. Pomocí vzorce (16) vypočítejte hodnotu vertikální složky síly magnetického pole Země HV.

12. Pomocí vzorce (1) vypočítejte celkovou hodnotu síly N magnetického pole Země.

Výsledky práce zapište do tabulky 3.

stůl 1

Stanovení konstanty balistického galvanometru

Tabulka 3

Stanovení vertikální složky intenzity zemského pole

magnetismus.

Zkušenost č.	γ	Průměrná hodnota γ	N V
1. 2. 3. 4. 5.

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Magnetické pole. Vektor magnetické indukce.

2. Biot-Savart-Laplaceův zákon a jeho aplikace pro výpočet magnetických polí.

3. Ampérův zákon. Pravá levá ruka.

4. Práce magnetického pole při pohybu vodiče (obvodu) proudem.

5. Jev elektromagnetické indukce. Faradayův zákon a jeho odvození ze zákona zachování energie. Lenzovo pravidlo.

Úkol č. 7

KALIBRACE TERMOČLÁNKU

1. Cíl práce: Seznamte se s termoelektrickými jevy a zkalibrujte termočlánek.

Teoretická část

V roce 1797 Volt objevil, že když se dva různé kovy dostanou do kontaktu, vzniká určitý rozdíl potenciálů, nazývaný rozdíl kontaktních potenciálů. Důvody, které způsobují výskyt rozdílu kontaktních potenciálů, jsou následující okolnosti.

1. Různé pracovní funkce pro volné elektrony z různých kovů. Faktem je, že při běžných teplotách elektrony provádějící tepelný pohyb z kovu neunikají; To, co brání elektronům před vytržením z kovu, je jak jejich interakce s kladnými náboji jádra krystalové mřížky, tak odpuzování do kovu těmi elektrony, které předtím dosáhly povrchu kovu. V důsledku toho, aby elektron opustil kov, je nutné vynaložit velmi specifické množství práce, které se u různých kovů liší. Při těsném kontaktu čistých povrchů různých kovů je práce elektronů opouštějících jejich kov poněkud snazší, ale stále zůstává pro různé kovy odlišná.

Práce vykonaná pro pohyb elektrického náboje v elektrickém poli je číselně rovna součinu přesunutého elektrického náboje a potenciálového rozdílu těch bodů v poli, mezi nimiž se náboj pohybuje.

A = e(V − V 0),

kde V je potenciál elektrického pole uvnitř kovu; a V 0 je potenciál elektrického pole vně kovu. Prakticky je potenciál mimo kov nulový (V 0 = 0) a vzorec pro práci vykonanou na uvolnění elektronu z kovu má tvar

Potom se potenciál, který musí elektron překonat, aby opustil kov (výstupní potenciál), rovnal

Výstupní potenciál je tedy číselně roven práci, kterou musí elektron vykonat, aby opustil daný kov. Nechť například při kontaktu dvou kovů A a B bude pracovní funkce elektronů z kovu A menší než pracovní funkce elektronů z kovu B. V tomto případě bude potenciální výstup z kovu A (V A) být menší než potenciální výstup z kovu B (VB) a mezi kovy vzniká rozdíl kontaktních potenciálů.

, (1)

Navíc kov A bude nabitý kladně a kov B záporně.

2. Různé koncentrace volných elektronů v kontaktujících kovech. Různé kovy se liší svou strukturou a to znamená různý obsah volných elektronů na jednotku objemu. Předpokládejme, že koncentrace volných elektronů v kovu A je větší než v kovu B, tedy n 0A >n 0B.

Je zcela přirozené, že z tohoto důvodu bude z kovu A vycházet více elektronů než z kovu B; V důsledku toho vzniká potenciální rozdíl mezi kovy A a B, přičemž kov A je nabitý kladně a kov B záporně. Tento rozdíl kontaktních potenciálů je určen vzorcem

, (2)

kde κ je Boltzmannova konstanta;

T – absolutní teplota kontaktního bodu.;

e – náboj elektronu;

n 0A, n 0B – koncentrace volných elektronů v kovech A a B.

S přihlédnutím k oběma okolnostem způsobujícím výskyt rozdílu kontaktních potenciálů tedy můžeme napsat:

(3)

Je třeba poznamenat, že tato elektromotorická síla bude pozorována pouze na koncích otevřeného obvodu. Pokud různé kovy zapojené do série tvoří uzavřený obvod, pak součet rozdílů kontaktních potenciálů těchto kovů bude roven nule, protože rozdíly kontaktních potenciálů na obou kontaktech budou stejné velikosti a opačného znaménka. To však bude platit pouze v případě, že teplota obou kontaktů různých kovů bude stejná. Při různých teplotách kontaktů v uzavřeném okruhu se objevuje elektromotorická síla, která je odlišná od nuly; tato elektromotorická síla se nazývá termoelektromotorická síla. Předpokládejme, že v uzavřeném okruhu složeném ze dvou kovů A a B je kontakt (1) udržován na teplotě T 1 a kontakt (23) na teplotě T 2 (obr. 1).

Výstupní potenciály V A a V B a koncentrace volných elektronů n 0A a n 0B, obecně řečeno, nezávisí na teplotě. Celková elektromotorická síla vznikající v uzavřené smyčce může být zapsána takto:

Přineseme-li podobné termíny a přeskupíme čitatel a jmenovatel zlomku ve druhém logaritmu, máme:

(4)

Vzorec ukazuje, že elektromotorická síla generovaná v uzavřeném okruhu při různých teplotách kontaktů různých kovů je přímo úměrná teplotnímu rozdílu těchto kontaktů.

Protože množství K, e, n 0A a n 0B jsou konstantní, vzorec lze převést na:

E = c (T1-T2), (5)

se číselně rovná emf, ke kterému dochází při změně kontaktní teploty o 1 o C. Ačkoli je velikost termoelektromotorické síly malá (několik set tisícin voltu na 1 o), termoelektrické jevy jsou široce používány jak pro měření vysokých teplot, tak i pro měření vysokých teplot. pro detekci velmi slabého ohřevu. K tomu se používají tzv. termočlánky nebo termočlánky, což jsou dva dráty z různých kovů se známou a předem přesně změřenou termoelektromotorickou silou. Dráty jsou v místě kontaktu svařeny. Jeden kontakt je umístěn v prostředí s určitou konstantní teplotou (T o), druhý v prostředí, kde se teplota mění (T). Výsledné EMF se měří pomocí voltmetru; naměřená EMF se používá ke stanovení rozdílu teplot (T – T o); Protože T o je známo předem, zjistí se také teplota T.

experimentální část

POPIS PŘÍSTROJE

Účelem této práce je kalibrace termočlánku, tzn. stanovení závislosti termoelektromotorické síly na teplotě (vzorec 4 a 5).

Laboratorní sestava se skládá z následujících přístrojů: 1) termočlánek, 2) baterie, 3) voltmetr, 4) galvanometr, 5) potenciometr, sestávající ze dvou odporových zásobníků, 6) tavidlo, 7) klíč, 8) Dewarova baňka, 9 ) plotýnka , 10) teploměr.

DOKONČENÍ DÍLA

1. Sestavte elektrický obvod podle přiloženého schématu (obr. 2)

V tomto případě je nutné mít na paměti, že: a) kladný pól baterie (+E 0) a kladný pól termočlánku (+T.B) musí být připojeny na stejnou svorku reochordu (je to vhodnější k tomu, v jehož blízkosti se nachází nula přímky), b) r 1 – potenciometr s odporem 240 Ohmů, r – potenciometr s odporem 240 Ohmů, r 2 – reochord s odporem 7 Ohmů, c) záporný pól termočlánku (-TB) musí být připojen přes galvanometr k pohyblivému kontaktu P reochordu, d) Levý spoj termočlánku vložte do Dewarovy baňky a pravý spoj do sklenice se studenou vodou. na studeném elektrickém sporáku, který není zapnutý. Do stejné sklenice by měl být umístěn teploměr.

2. Po kontrole sestaveného obvodu učitelem nastavte pohyblivý kontakt P tetivy šoupátka do nulové polohy a zapněte spínač K. Ručička galvanometru by měla být na nule (v opačném případě kontaktujte učitele).

3. Zaznamenejte údaj teploměru, zapněte kamna a sledujte změnu teploty.

4. Každých 5 stupňů ohřevu: a) zaznamenejte teplotu, b) plynule pohybujte pohyblivým kontaktem P, nastavte ručičku galvanometru na nulu, c) zaznamenejte délku raménka fluke od bodu A k pohyblivému kontaktu P.

5. Všechna tato měření by měla být prováděna, dokud se bod varu vody nebo v případě pohyblivého kontaktu tyče s tavidlem neposune do bodu B.

6. Zadejte všechna měření do sloupců 1,2,3,4 tabulky.

7. Pro výpočet emf termočlánku (E) a také hodnoty C (termoelektromotorická síla, ke které dochází při změně teploty vyhřívaného spoje o 1 o), je nutné provést některé teoretické výpočty a výpočty. Faktem je, že v poloze pohyblivého kontaktu P, při které bude jehla galvanometru q na nule (bez proudu), bude termoelektromotorická síla přesně rovna úbytku napětí v úseku reochordu z bodu A do pohyblivý kontakt P. Proto nejprve potřebujete vědět, jaký je úbytek napětí na celém reochordu AB vytvořený baterií E o. Označme (viz obr. 2) proud na potenciometru r 1 i 1 . na potenciometru r - přes i a na reochordu r 2 až i 2; pak pomocí prvního Kirchhoffova zákona můžeme pro bod D napsat:

podle druhého Kirchhoffova zákona to vychází (pro obrys E o D E o)

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

Protože potenciometr r 1 a reochord r 2 jsou navzájem zapojeny paralelně, pak

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

Dosadíme do rovnice (7) místo i její hodnotu z rovnice (6).

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

V rovnici (9) nahradíme i 1 r 1 stejnou hodnotou z rovnosti (8)

(10)

V posledním výrazu vyjměte i 2 r 2 ze závorek

(11)

Protože i 2 r 2 = i 1 r 1, lze výraz (11) zapsat následovně:

(12)

i 2 r 2 – je požadované napětí na celém toku vytvořeném zdrojem proudu.

8. Poté, co byl vypočítán úbytek napětí na celém toku, můžete začít počítat termoelektromotorickou sílu pro každou naměřenou teplotu (viz bod 4 v části „Provádění práce“). Postup výpočtu je následující: označme počet všech dělení reochordu N; Předpokládejme, že pro nějaké pozorování se pohyblivý kontakt zastaví na n-tém dílku reochordu a ručička galvanometru je na nule.

Je-li při poloze pohyblivého kontaktu P na n-tém dílku reochordu ručička galvanometru na nule, znamená to, že termoelektromotorická síla, která vzniká při dané teplotě, kompenzuje pouze tu část napětí na reochordu, která dopadá. na části reochordu odpovídající jeho n dílkům (E FB = V AR).

Udělejme poměr:

Pro N dílků reochordu je i 2 r 2 voltů (viz formulář 12) a pro n dílků je x voltů.

Toto napětí x je elektromotorická síla (E). který vznikl v termočlánku při určité pevné teplotě.

Všechny tyto výpočty termoelektromotorické síly zapište do tabulky.

9. Vypočítejte hodnotu konstanty „c“ pro každé číslo pozorování pomocí vzorce (5).

10. Sestrojte graf závislosti termoelektromotorické síly na teplotě, přičemž na vodorovnou osu vyneste hodnotu teplotního rozdílu (t a - t b) a na osu pořadnic hodnotu termoelektromotorické síly E.

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Účel a produkce práce

2. Pojem rozdílu kontaktních potenciálů. Voltovy zákony.

3. Termoelektřina. ThermoEMF a jeho aplikace v zemědělství.

4. Kalibrace termočlánku.