1.4. Passiamo rapidamente a K 1 e contiamo la prima deviazione massima del punto luminoso b sulla scala. (Per silenziare il telaio del galvanometro balistico, è necessario attivare il tasto K).

1.5. Quindi ripeti lo stesso esperimento per altre due correnti I 2 = 0,2 A e

1.6. Usando la formula (8), determiniamo C, e quindi il suo valore medio:

Tabella 1 - Determinazione dell'impostazione della costante balistica

			Ccr, Wb/m

2. Smagnetizzazione di un toro.

2.1. Aprire il circuito di misura con la chiave K per non bruciare il galvanometro durante la smagnetizzazione.

2.2. Collegare le estremità di uscita del LATR (“Carico”) ai terminali “Smagnetizzazione” situati sul pannello.

2.3. Impostare il regolatore di tensione LATR sulla posizione zero.

2.4. Collegare il LATR ad una rete a tensione alternata da 220 V.

2.5. Cambia gradualmente la tensione di uscita del LATR da 0 a 100 V, quindi da 100 a 0. Ripeti l'operazione 5 volte.

2.6. Disabilita LATR.

3. Studio della dipendenza di B da H.

3.1. Utilizzando l'interruttore K 2, chiudere il circuito al toro.

3.2. Utilizzando i reostati R 1 e R 2, impostare la corrente su 0,1 A.

3.3. Cambiare rapidamente la direzione della corrente nel toro spostando il tasto K 1 nella direzione opposta e registrare la deviazione del punto luminoso del galvanometro balistico a.

3.4. Ad un dato valore corrente, ripetere l'esperimento almeno 3 volte e determinare il valore medio a avg.

3.5. Coerentemente, ogni volta aumentando la corrente nel toro di DI = 0,1A, eseguire gli esperimenti di cui ai paragrafi 3.1-3.4 fino al raggiungimento del valore massimo di corrente ottenibile nell'impianto.

3.6. Per ciascun valore di corrente nell'avvolgimento del toro, calcolare l'intensità del campo magnetico H utilizzando la formula (6), determinando

3.7. Per ciascun valore corrente, determinare B utilizzando la formula (5).

3.8. Traccia un grafico di B = f(H).

3.9. Usando la formula (7), calcola m e traccia la dipendenza m=f(H).

3.11. Trarre una conclusione sulla natura delle dipendenze B = f(H) e m=f(H).

Tabella 2 – Risultati dello studio del campo magnetico del nucleo toroidale

			V,T

NORME DI SICUREZZA

1. Collegare il supporto alla rete Tensione CA 220 V solo con il permesso dell'insegnante.

2. Smagnetizzare con attenzione il toro. Durante la smagnetizzazione, assicurarsi di aprire il circuito del galvanometro balistico con la chiave K (in posizione "Off").

VERIFICA LE DOMANDE PER IL PERMESSO DI LAVORO

1. Qual è lo scopo del lavoro?

2. Qual è l'ordine dei lavori?

3. Come viene determinata la costante balistica dell’installazione?

4. Come viene determinato B?

5. Come viene determinato H?

6. Come viene determinato?

7. Qual è lo schema di installazione? Raccontaci di lei.

DOMANDE DI PROVA PER PROTEGGERE IL TUO LAVORO

1. Quale fenomeno è alla base della prestazione lavorativa?

2. Qual è la caratteristica della classe di sostanze: i ferromagneti?

3. Cosa sono i materiali diamagnetici e paramagnetici?

4. Qual è il significato fisico dell'impostazione della costante balistica?

5. Qual è la quantità di carica che scorre attraverso un galvanometro balistico quando cambia il flusso magnetico?

6. Spiega la dipendenza B = f(H) per un ferromagnete.

7. Perché il toro è stato smagnetizzato?

8. Spiega la dipendenza m=f(H).

1. Trofimova T.I. Corso di fisica - M.: Scuola superiore, 1999. - 542 p.

2. Zisman G.A., Todes O.D. Corso di fisica generale. T.2.-M.: Scienza, 1969.-

3. Doroshenko N.K., Voronov I.N. Proprietà magnetiche della materia - SibGGMA: Novokuznetsk, 1997. - 27 p.

Piano 2002

Compilato da:

Doroshenko Nadezhda Kuzminichna

Voronov Ivan Nikolaevich

Konovalov Sergey Valerievich

Bokova Tatyana Grigorievna

Martusevich Elena Vladimirovna

STUDIO DELL'INDUZIONE MAGNETICA NEL FERRO

CON METODO BALISTICO

Linee guida per lo svolgimento delle attività di laboratorio durante il corso

“Fisica Generale”

Redattore N.P. Lavrenyuk

Editore N. 01439 del 04/05/2000 Firmato per sigillo

Formato carta 60x84 1/16 Carta da lettera Stampa offset

Cottura cond.l. 0,58 Ed.accademica 0,65 Tiratura 100 copie. Ordine

Università industriale statale della Siberia

654007, Novokuznetsk, via Kirova, 42

Centro editoriale SibGIU

LAVORO DI LABORATORIO N. 2

DETERMINAZIONE DELLA CAPACITÀ DEL CONDENSATORE MEDIANTE GALVANOMETRO BALISTICO

1. Introduzione

Obiettivo del lavoro– familiarità con il metodo balistico per determinare la capacità di un condensatore. L'opera si compone di due parti. Nella prima parte si trova il valore della costante balistica del galvanometro, nella seconda si determinano le capacità di due condensatori e le capacità di questi condensatori collegati. parallelo e sequenziale.

La capacità del condensatore è uguale al rapporto di carica Q su un condensatore alla differenza di potenziale tra le sue armature

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

Per connessione seriale

La carica su un condensatore viene misurata utilizzando un galvanometro balistico. Il metodo balistico è uno dei metodi di misurazione non solo elettrica, ma anche magnetica. Un galvanometro balistico appartiene ai dispositivi del sistema magnetoelettrico, la cui struttura schematica è mostrata in Fig. 1. Tra i poli di un magnete permanente N.S. un cilindro d'acciaio viene posizionato per creare un campo magnetico radiale IN. Il cilindro è fisso immobile. Nello spazio tra i poli magnetici e il cilindro, il telaio può ruotare liberamente A con avvolgimento di filo sottile, sospeso su un filo di metallo o quarzo M. Uno specchio viene utilizzato per misurare gli angoli di rotazione del telaio. UN, sul quale cade il fascio luminoso proveniente dall'apparecchio di illuminazione. Un galvanometro balistico viene utilizzato per misurare una carica, la cui durata t scorre attraverso il circuito è piccola rispetto al periodo T vibrazioni naturali del telaio. Un galvanometro balistico differisce dai galvanometri a specchio convenzionali in quanto ha un momento di inerzia maggiore. IO il suo sistema mobile. Se un impulso di corrente a breve termine (t<<T), quindi in ogni istante il telaio è soggetto ad una coppia causata dall'interazione della corrente io con un campo magnetico: https://pandia.ru/text/78/409/images/image007_6.png" width="37" Height="45">. Poiché la corrente si è fermata in questo momento, il telaio inizia a ruota per inerzia con una velocità iniziale w0 e torce il filo. Nel momento in cui il telaio si ferma, tutta l'energia cinetica si trasforma in energia potenziale del filo ritorto, dove D- costante di torsione del filo; j – angolo massimo di deflessione del telaio:

Velocità angolare w0, ..png" larghezza="65" altezza="41 src=">.

Eseguiamo l'integrazione:

da https://pandia.ru/text/78/409/images/image015_4.png" larghezza="61" altezza="24 src=">, (5)

Dove Q– carica che attraversa il telaio nel tempo t. Risolvendo insieme le equazioni (4) e (5), avremo . Sperimentalmente, la deviazione del “coniglietto” luminoso (reiezione) viene misurata non in angoli, ma in divisioni di scala N. Perché il N ej sono proporzionali tra loro, allora possiamo finalmente scrivere

Q = Bn, (6)

Dove IN– coefficiente di proporzionalità, che viene chiamato costante balistica del galvanometro. La costante balistica è numericamente uguale alla quantità di carica che fa deviare il “coniglietto” di una divisione della scala. Qualsiasi galvanometro può fungere da balistico se la condizione t<< T. Quindi, conoscendo la costante balistica del galvanometro IN, spazzatura N quando il condensatore è scarico e letture del voltmetro U, secondo le formule (1) e (6) trovare la capacità

Caricabatterie" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">alimentatore, G– galvanometro balistico, IN– voltmetro, A– doppio interruttore. Incinta IO interruttore A condensatore CON ricarica; quando l'interruttore viene spostato in posizione II il condensatore viene scaricato attraverso il galvanometro. In questo momento viene misurata la deviazione massima del “coniglietto”. N su una scala.

Nella prima parte del lavoro, per determinare la costante balistica, nel circuito è incluso un condensatore di capacità nota (Fig. 2): lo standard CON e. Caricando un condensatore di riferimento ad una certa differenza di potenziale U, e poi scaricandolo su un galvanometro, misurare la deviazione del “coniglietto” N. Poiché la carica sul condensatore è uguale Q = C eh U, quindi utilizzando la formula (6) possiamo calcolare la costante balistica

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

N, affari

Q, µC

IN, µC/div

Il mercoledì, µC/div

1. Calcola IN per ciascuno U utilizzando la formula (8), trovare il valore medio IN. Costruisci un grafico delle dipendenze Q da N e assicurarsi che questa relazione sia lineare.

2. Derivare la formula per il valore dell'errore IN secondo le regole per il calcolo dell'errore delle misurazioni indirette. Calcola D B/IN per: valore più piccolo U secondo la tabella. 1.

Determinazione delle capacità di condensatori sconosciuti e loro collegamenti

Tavolo 2

		N, affari	CON, µF	URSS, µF
Condensatore CON 1
Condensatore CON 2
Parallelo conn. CON"
Coerente conn. CON""

3. Calcola la capacità dei condensatori CON 1, CON 2, CON" E CON" secondo la formula (7).

4. Usando le formule (2) e (3), trova i valori teorici delle capacità dei condensatori CON" teoria e CON" teoria e confronto con l'esperienza CON" E CON".

5. Deriva la formula dell'errore D CON/CON per la capacità riscontrata sperimentalmente (formula 7). Calcola D CON 1/CON 1, D CON 2/CON 2, D CON"/CON", D CON"/CON" per uno dei valori U(D IN/IN tratto dal punto 2). Determinare gli errori assoluti e registrare il risultato finale per ciascun contenitore.

6. Trova la differenza nei valori di capacità per una connessione parallela (o in serie), ottenuta sperimentalmente e teoricamente. Confrontare ( CON" – CON" theor) con l'errore di questa differenza D( CON" – CON" teoria) e assicurati che CON" – CON" o £. D( CON" – CON" teoria). Valori CON 1 CON 2 e CON" preso dal tavolo. 2 alla stessa differenza di potenziale U.

7. Compito aggiuntivo. Si propone di riflettere e testare sperimentalmente un metodo per determinare la capacità di un condensatore utilizzando un condensatore di riferimento, ma senza prima misurare la costante balistica.

LETTERATURA

1. , Corso di fisica. – M.: Più in alto. scuola, 1999, § 16.2, 16.3.

LAVORO DI LABORATORIO N. 2.14

“DETERMINAZIONE DELLA CAPACITÀ ELETTRICA DI UN CONDENSATORE UTILIZZANDO

GALVANOMETRO BALISTICO"

Obiettivo del lavoro: determinazione sperimentale della costante dinamica di un galvanometro balistico e della capacità di un condensatore.

Descrizione del circuito elettrico

Schema elettrico, utilizzato in questo lavoro di laboratorio, è presentato in Fig. 1. Qui G– galvanometro balistico, CON– condensatore, P- interruttore, V– voltmetro, B– Batteria EMF.

Riso. 1. Diagramma schematico installazioni

Quando l'interruttore P impostato sulla posizione sinistra, il condensatore viene caricato dalla batteria B e contemporaneamente il galvanometro viene derivato con una resistenza critica (non indicata nello schema). Grazie a ciò, il suo telaio è installato in una posizione di equilibrio. Quando l'interruttore P impostato nella posizione corretta, il condensatore viene scaricato attraverso il galvanometro.

Spiegazioni per il lavoro

Un galvanometro balistico è progettato per misurare la quantità di elettricità che scorre attraverso il suo telaio in un tempo significativamente inferiore al periodo delle sue stesse oscillazioni. Un galvanometro balistico differisce da un galvanometro convenzionale di un sistema magnetoelettrico in quanto la sua parte mobile è resa più massiccia e ha un momento di inerzia maggiore J.

Riso. 2. Progetto di un galvanometro balistico.

Riso. 3. Schema di un galvanometro balistico (vista dall'alto).

Un telaio metallico 1 e un cilindro di ferro dolce 2 sono sospesi su un filo metallico nello spazio anulare tra i poli di un magnete permanente N e S. Il filo è dotato di uno specchio. Per misurare la deviazione del telaio dalla posizione di equilibrio, viene utilizzato un raggio di luce, che viene diretto dalla lampadina sullo specchio e, riflesso da esso, colpisce la scala.

Quando una corrente a breve termine J scorre sul telaio 1 dal lato di un campo magnetico esterno, agisce una coppia di forze Ampere, creando una coppia.

La durata dell'impulso di corrente t è molto inferiore al periodo delle oscillazioni naturali del telaio T (T << T), Perché la parte mobile del galvanometro ha un grande momento di inerzia (dovuto al cilindro 2). Pertanto, l'effetto del momento di forza di Ampere sul telaio ha il carattere di un “colpo” (da cui il nome del galvanometro).

Quando il telaio viene ruotato, la sua energia cinetica si trasforma nell'energia potenziale del filo ritorto. Insieme alla cornice all'angolo uno 0 anche lo specchio ruota (il fascio luminoso si sposta di un angolo di 2 uno 0). (figura 3)

Il movimento del telaio di un galvanometro balistico è descritto dalla stessa equazione del caso di un galvanometro convenzionale di un sistema magnetoelettrico:

J
, (1)

dove K 1 è il coefficiente di elasticità torsionale; K2 – coefficiente di frenatura elettromagnetica; B – modulo di induzione magnetica; S – area del telaio; n – normale al contorno.

Dal momento di inerzia Jè grande, sul lato sinistro dell’equazione (1) il secondo e il terzo termine possono essere trascurati rispetto al primo:

J . (2)

Quantità di elettricità Q, ha attraversato la cornice nel tempo T, può essere determinato integrando l'equazione (2):

J
. (3)

L'energia cinetica del telaio del galvanometro è uguale a

(4)

che si trasforma in energia potenziale ruotando ad angolo α discussioni:

. (5)

Il momento d'inerzia può essere determinato dalla formula per il periodo T0 vibrazioni torsionali elastiche:

(6)

Sostituendo le formule (4)-(6) in (3) e tenendone conto E K = E P, abbiamo

, (7)

Denotiamo . Dall'espressione (7) è chiaro che la rotazione massima del telaio del galvanometro balistico è proporzionale alla quantità di elettricità che lo attraversa:

, (8)

dov'è il valore β – costante dinamica del galvanometro. Determina la quantità di elettricità che, quando scorre attraverso il telaio, quest'ultimo ruoterà di un angolo pari a 1 radiante.

L'angolo di deviazione del "coniglietto" è uguale a

, (9)

Dove N– deviazione del “coniglietto” luminoso sulla scala;

l– distanza dallo specchio alla scala.

Sostituendo il valore Q dalla formula per la capacità del condensatore alla formula (8) e tenendo conto dell'espressione (9), otteniamo:

. (10)

Ordine di lavoro

Esercizio 1: Determinazione della costante dinamica.

1. Includere un condensatore di riferimento nel circuito Da 0 con una capacità nota.

2. Utilizzare l'interruttore SA per chiudere il circuito

3. Cambia P impostare sulla posizione "carica" ​​e caricare il condensatore Da 0 .

4. Cambia P impostare sulla posizione di “scarico” e segnare la divisione estrema n0, verso il quale il coniglio si sposterà durante la prima oscillazione nel processo di scarica del condensatore attraverso il galvanometro.

5. Ripeti i punti 3-4 5 volte.

Esercizio 2: Determinazione della capacità di un condensatore.

1. Includere nel circuito un condensatore con capacità sconosciuta C1.

2. P.p. 2-5 esercizi 1 ripetere 5 volte ( n1).

3. Includere un condensatore nel circuito C2.

4. P.p. 2-5 esercizi 1 ripetere 5 volte ( n2).

5. Includere un condensatore nel circuito Con le coppie, che è una connessione parallela C1 E C2(punti 2-5 dell'esercizio 1, ripetere 5 volte) n coppie.

6. Includere un condensatore nel circuito Dall'ultima volta– (connessione seriale C1 E C2) (punti 2-5 dell'esercizio 1, ripetere 5 volte) p ultimo.

Tabella delle misurazioni

1. Dati dello schema elettrico:

– lunghezza dallo specchio alla scala l= 180 mm, Δl= 0,5 mm;

– capacità del condensatore di riferimento Da 0= 0,047 µF; .

2. Determinazione della deviazione del “coniglio” leggero N:

Esperienza n.	n0, affari	Δn 0, affari	n1, affari	Δn 1, affari	n2, affari	Δn 2, affari	(N)vapore, affari	Δ(n) coppie, affari	(n) ultimo, affari	Δ(n) ultimo, affari
Mercoledì zn.

Elaborazione dei risultati delle misurazioni.

2. Determinare l'errore relativo utilizzando la formula

,

∆U determinare dalla classe di precisione del voltmetro, Δn 0- la somma degli errori strumentali e casuali.

4. Determinare gli errori relativi corrispondenti utilizzando la formula:

.

5. Trova le quantità Con le coppie E Dall'ultima volta secondo le seguenti formule:

; .

6. Confrontare i valori sperimentali e calcolati Con le coppie E Dall'ultima volta.

Domande di controllo

1.Che cos'è la capacità elettrica? In quali unità viene misurato nei sistemi SI e SGSE?

2. Spiegare la struttura e il principio di funzionamento di un galvanometro balistico?

3.Quale quantità elettrica viene misurata utilizzando un galvanometro balistico?

4.Qual è il significato fisico della costante dinamica β ?

5.Quale valore misurerà un galvanometro balistico se ad esso è collegata una fonte di corrente continua?

6.Descrivere il processo di scarica di un condensatore; Fornire la formula per la corrente di scarica di un condensatore attraverso una resistenza.

Compito n. 1

I condensatori sono collegati come mostrato in Fig. 1. Capacità dei condensatori: , , , . Determinare la capacità elettrica CON banchi di condensatori.

Compito n. 2

Determinare la capacità elettrica CON circuito mostrato in Fig. 2, dove , , , , .

Dalle 21

C1

C4321

C321

Fig. 1

C54321

C1

Dalle 21

C321

C4321

C1

Dalle 21

C321

C4321

C54321

Fig.2

Fig.3

Compito n.3

Cinque diversi condensatori sono collegati secondo lo schema mostrato in Fig. 3. Determinare la capacità elettrica CON 4, in cui la capacità elettrica dell'intero collegamento non dipende dall'entità della capacità elettrica CON 5 . Accettare , , .

Compito n. 4

Tra le armature di un condensatore piatto carico una differenza di potenziale , ci sono due strati di dielettrici: vetro spesso e spessore dell'ebanite . Piazza S ogni piastra del condensatore è pari a 200 cm 2. Trova: 1) capacità elettrica CON condensatore; 2) compensazione D, tensione E campi e potenziale calo U in ogni strato.

Problema n.5

Una lastra di paraffina dello spessore di , che è strettamente adiacente alle sue placche. Di quanto è necessario aumentare la distanza tra le piastre per ottenere la stessa capacità?

Problema n.6

Condensatore con capacità viene periodicamente caricato dalla batteria con Campo elettromagnetico e viene scaricato attraverso una serpentina ad anello di diametro , e il piano dell'anello coincide con il piano del meridiano magnetico. La bobina ha giro. Un ago magnetico orizzontale posto al centro della bobina devia di un angolo . Il condensatore commuta ad una frequenza . Trova la componente orizzontale dai dati di questo esperimento N g l'intensità del campo magnetico terrestre.

Problema n.7

Condensatore con capacità periodicamente caricato dalla batteria con EMF e scarica attraverso un tratto di solenoide . Il solenoide ha giri. Intensità media del campo magnetico all'interno del solenoide . Con quale frequenza P Il condensatore sta commutando? Il diametro del solenoide è considerato piccolo rispetto alla sua lunghezza.

Problema n.8

Per lunghezza del solenoide e l'area della sezione trasversale mettere su una bobina composta da giri. La bobina è collegata ad un galvanometro balistico la cui resistenza è . Lungo l'avvolgimento del solenoide, costituito da giri, scorre corrente . Trova la costante balistica CON galvanometro, se è noto che quando viene interrotta la corrente nel solenoide, il galvanometro restituisce un ritorno pari a 30 divisioni di scala (La costante balistica di un galvanometro è un valore numericamente uguale alla quantità di elettricità che provoca un abbassamento della scala di una divisione). Trascura la resistenza della bobina rispetto alla resistenza del galvanometro balistico.

Problema n.9

Per misurare l'induzione del campo magnetico, una bobina composta da spire di filo e collegato ad un galvanometro balistico. L'asse della bobina è parallelo alla direzione del campo magnetico. Area della sezione trasversale della bobina . Resistenza galvanometrica ; la sua costante balistica . Quando la bobina viene estratta rapidamente dal campo magnetico, il galvanometro fornisce un lancio pari a 50 divisioni di scala. Trova l'induzione IN campo magnetico. Trascura la resistenza della bobina rispetto alla resistenza del galvanometro balistico.

Problema n. 10

spire di filo sottile avvolte su una lunghezza di telaio rettangolare e larghezza , sospeso su un filo in un campo magnetico con induzione . La corrente scorre attraverso la bobina . Trova la coppia M, agendo sulla bobina del galvanometro se il piano della bobina: 1) è parallelo alla direzione del campo magnetico; 2) forma un angolo con la direzione del campo magnetico.

Problema n. 11

A distanza da un lungo filo verticale dritto su una lunghezza di filo e diametro pende un corto ago magnetico, il cui momento magnetico . La freccia si trova su un piano che passa attraverso il filo e il filo. Di quale angolo girerà l'ago se la corrente passa attraverso il filo? ? Modulo, materiale di taglio del filo . Il sistema è schermato dal campo magnetico terrestre.

Problema n. 12

Una bobina del galvanometro composta da giri di filo, sospesi su una lunghezza di filo e diametro in un campo magnetico di forza in modo che il suo piano sia parallelo alla direzione del campo magnetico. Lunghezza del telaio della bobina e larghezza . Qual è la corrente IO scorre lungo l'avvolgimento della bobina se la bobina viene ruotata ad angolo ? Modulo di taglio del materiale del filo .

Problema n. 13

Una cornice quadrata è sospesa a un filo in modo che la direzione del campo magnetico formi un angolo con la normale al piano del telaio. Lato telaio . Induzione del campo magnetico . Se la corrente passa attraverso il telaio , poi si gira in un angolo . Trova il modulo di taglio G materiale del filo. Lunghezza del filo , raggio della filettatura ­

Problema n. 14

Lo specchio del galvanometro è sospeso su un filo e diametro . Trova la coppia M, corrispondente alla deviazione del coniglio per l'importo su una scala situata ad una distanza dallo specchio . Modulo di taglio del materiale del filo .

Problema n. 15

Quando una corrente elettrica scorre attraverso l'avvolgimento di un galvanometro, una coppia agisce sul suo telaio su cui è montato uno specchio , Il telaio ruota con una piccola angolazione. Questa torsione è un lavoro in corso. . A quale distanza UN il coniglietto si sposterà dallo specchio lungo una scala rimossa a distanza da un galvanometro?

Un condensatore è un sistema di due o più conduttori (piastre) separati da un dielettrico, che ha la capacità di accumulare una grande quantità di elettricità (carica elettrica). La caratteristica principale di un condensatore è la sua capacità elettrica CON.

La capacità è determinata dal rapporto di carica Q sull'armatura positiva del condensatore alla differenza di potenziale tra le armature U:

C= Q/U. (1)

Nel SI la capacità elettrica si misura in farad: 1F = 1 C/V.

I condensatori sono combinati in una batteria, collegandoli in parallelo (Fig. 1) o in serie (Fig. 2).

è costituito dalla tensione su ciascun condensatore. In questo caso, la loro capacità totale è determinata dalla formula:

CON totale = (1/ CON 1 + 1/CON 2 +…+ 1/Con n) –1 . (3)

Nel lavoro di laboratorio, la capacità del condensatore viene determinata utilizzando un galvanometro balistico, un dispositivo altamente sensibile con un ampio periodo di oscillazioni naturali del telaio. Con una corrente di breve durata, la deflessione del telaio è proporzionale alla carica elettrica Q passato attraverso il galvanometro:

Q = UN,

Dove UN(C/div) - costante balistica del galvanometro; N- il numero di divisioni di cui l'indicatore (coniglietto) devia sulla scala del galvanometro.

Descrizione dell'allestimento del laboratorio

Nell'impostazione del laboratorio (Fig. 3) la chiave A 1 collega la tensione esterna. Il condensatore è alimentato da un potenziometro R(partitore di tensione). Il valore della tensione è controllato da un voltmetro V. Condensatore CON viene caricato dalla fonte di alimentazione quando la chiave è inserita 1 , e viene scaricato attraverso un galvanometro G durante la traduzione della chiave A 2 in posizione 2 .

Ordine di lavoro

Compito 1. Determinazione della costante balistica utilizzando un condensatore di riferimento.

1. Ottieni il permesso dall'insegnante e inizia le misurazioni.

2. Abilita chiave A 1 chiave A 2 impostato in posizione 1 .

3. Utilizzare un potenziometro per impostare la tensione specificata dall'insegnante U.

4. Traduci la chiave A 2 in posizione 2 N

N 1 = N 2 = N 3 =

5. Trova il valore di deviazione medio del "coniglietto":

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

6. Determinare la costante balistica:

UN = C eh U/N medio =

Dove C e è la capacità di riferimento specificata dal docente.

Compito 2. Determinazione della capacità sconosciuta di un condensatore.

1 condensatore

1. Abilita chiave A 1 chiave A 2 impostato in posizione 1 .

U.

3. Traduci la chiave A 2 in posizione 2 e determinare la quantità di deviazione del "coniglio" leggero N. Ripetere le misurazioni tre volte.

N 1 = N 2 = N 3 =

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

C = A×n Mer / U =

Dove U

D CON=d U+D N/N medio =

dove d U N

D CON = C D CON =

Scrivi il risultato come: C = C esp ± D CON

C =± .

2 condensatori

1. Abilita chiave A 1 chiave A 2 impostato in posizione 1 .

2. Utilizzare un potenziometro per impostare la tensione specificata dall'insegnante U.

3. Traduci la chiave A 2 in posizione 2 e determinare la quantità di deviazione del "coniglio" leggero N. Ripetere le misurazioni tre volte.

N 1 = N 2 = N 3 =

4. Trova il valore di deviazione medio del "coniglietto":

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

5. Determinare la capacità del condensatore

C = A×n Mer / U =

Dove U- la tensione a cui viene caricato il condensatore.

6. Calcolare l'errore relativo della misurazione della capacità:

D CON=d U+D N/N medio =

dove d U- errore relativo nella determinazione della tensione (vedi lab. lavoro 1); D N- metà del prezzo della divisione più piccola della scala del galvanometro.

7. Calcolare l'errore assoluto della misurazione della capacità:

D CON = C D CON =

Scrivi il risultato come: C = C esp ± D CON

C =± .

Compito 3. Determinazione della capacità dei condensatori collegati in serie.

Come indicato dall'insegnante, collega in serie i condensatori le cui capacità sono state determinate nell'attività 2.

1. Abilita chiave A 1 chiave A 2 impostato in posizione 1 .

2. Utilizzare un potenziometro per impostare la tensione specificata dall'insegnante U.

3. Traduci la chiave A 2 in posizione 2 e determinare la quantità di deviazione del "coniglio" leggero N. Ripetere le misurazioni tre volte.

N 1 = N 2 = N 3 =

4. Trova il valore di deviazione medio del "coniglietto":

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

5. Determinare la capacità del condensatore

C = A×n Mer / U =

Dove U- la tensione a cui viene caricato il condensatore.

6. Calcolare l'errore relativo della misurazione della capacità:

D CON=d U+D N/N medio =

dove d U- errore relativo nella determinazione della tensione (vedi lab. lavoro 1); D N- metà del prezzo della divisione più piccola della scala del galvanometro.

7. Calcolare l'errore assoluto della misurazione della capacità:

D CON = C D CON =

Scrivi il risultato come: C = C esp ± D CON

C =± .

Compito 4. Determinazione della capacità dei condensatori collegati in parallelo.

Come indicato dall'insegnante, collega in parallelo i condensatori le cui capacità sono state determinate nell'attività 2.

1. Abilita chiave A 1 chiave A 2 impostato in posizione 1 .

2. Utilizzare un potenziometro per impostare la tensione specificata dall'insegnante U.

3. Traduci la chiave A 2 in posizione 2 e determinare la quantità di deviazione del "coniglio" leggero N. Ripetere le misurazioni tre volte.

N 1 = N 2 = N 3 =

4. Trova il valore di deviazione medio del "coniglietto":

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

5. Determinare la capacità del condensatore

C = A×n Mer / U =

Dove U- la tensione a cui viene caricato il condensatore.

6. Calcolare l'errore relativo della misurazione della capacità:

D CON=d U+D N/N medio =

dove d U- errore relativo nella determinazione della tensione (vedi lab. lavoro 1); D N- metà del prezzo della divisione più piccola della scala del galvanometro.

7. Calcolare l'errore assoluto della misurazione della capacità:

D CON = C D CON =

Scrivi il risultato come: C = C esp ± D CON

C =± .

Calcolare il valore teorico della capacità

CON teor = CON 1 + CON 2 =

Domande di controllo

1. Cos'è un condensatore elettrico?

2. Qual è la capacità di un condensatore?

3. Unità SI di capacità.

4. Perché la capacità di una batteria di condensatori collegati in parallelo è uguale alla somma delle capacità di ciascuno?

5. Perché la carica sulle armature di qualsiasi condensatore sarà la stessa se collegato in serie?

6. Come determinare la capacità di una batteria di condensatori collegati in serie?

Laboratorio 4

1. Accendere l'illuminazione della scala del galvanometro. Impostare la scala su zero.

2. Utilizzando il tasto K 1, accendere la corrente nel circuito con un normale solenoide. Utilizzando il reostato R, impostare la corrente su 0,1 ampere. Accendere la corrente nel circuito con un normale solenoide.

3. Chiudere la chiave K 2 nel circuito con il solenoide balistico.

4. Chiudere la chiave K 1 nel circuito con il solenoide normale e misurare l'offset del “coniglietto” (scala) α. Dopo che la scala del galvanometro ritorna alla posizione zero, aprire il tasto K 2 e notare nuovamente il ripristino della scala del galvanometro. Ripetere le misurazioni 2-3 volte. Da tutti i dati ottenuti, calcolare il valore medio di rifiuto.

5. Utilizzando la formula (22), determinare la costante del galvanometro balistico per ciascuna misurazione α. Da tutti i valori ottenuti, calcolare il valore medio della costante del galvanometro balistico.

Inserisci i risultati del lavoro nella tabella 1.

DETERMINAZIONE DELLA COMPONENTE ORIZZONTALE

FORZA DEL CAMPO MAGNETICO

6. Allineare i piani di entrambi gli anelli (A e B) dell'induttore terrestre e posizionare l'induttore secondo la bussola in modo che i piani di entrambi gli anelli siano perpendicolari al piano del meridiano magnetico.

7. Con la corrente nel solenoide primario accesa, ruotare rapidamente l'intero induttore di 180° dalla testa C, notando la caduta del “coniglietto” (scala) β. Fai questo conto alla rovescia 2-3 volte. Da tutti gli scarti ottenuti del “coniglietto” (scala), calcolare il valore medio di β .

8. Utilizzando la formula (28) e (30), calcolare il valore dell'intensità del campo magnetico orizzontale della TerraÝ В .

Inserisci i risultati del lavoro nella tabella 2.

DETERMINAZIONE DELLA COMPONENTE VERTICALE

FORZA DEL CAMPO MAGNETICO

9. Allineare i piani degli anelli (A e B) dell'induttore terrestre e posizionare l'induttore secondo la bussola in modo che i piani di entrambi gli anelli siano paralleli al piano del meridiano magnetico.

10. Con la corrente nel solenoide primario inserita, ruotare rapidamente la testa E - anello B di 90 o, notando la quantità di lancio del "coniglietto" (scala) γ. Fai l'esperimento 2-3 volte. Dai valori di tutti gli scarti ottenuti, calcolare il valore medio del valore γ.

11. Utilizzando la formula (16), calcolare il valore della componente verticale dell'intensità del campo magnetico terrestre HV.

12. Usando la formula (1), calcola il valore totale dell'intensità del campo magnetico terrestre N.

Inserisci i risultati del lavoro nella tabella 3.

Tabella 1

Determinazione della costante del galvanometro balistico

Tabella 3

Determinazione della componente verticale dell'intensità del campo terrestre

magnetismo.

Esperienza n.	γ	Valore medio γ	NV
1. 2. 3. 4. 5.

DOMANDE DI CONTROLLO

1. Campo magnetico. Vettore di induzione magnetica.

2. Legge di Biot-Savart-Laplace e sua applicazione al calcolo dei campi magnetici.

3. Legge di Ampere. Mano destra sinistra.

4. Il lavoro di un campo magnetico per spostare un conduttore (circuito) con corrente.

5. Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Legge di Faraday e sua derivazione dalla legge di conservazione dell'energia. Regola di Lenz.

Lavoro n.7

TARATURA DELLA TERMOCOPPIA

1. Obiettivo del lavoro: Familiarizzare con i fenomeni termoelettrici e calibrare la termocoppia.

Parte teorica

Nel 1797 Volt scoprì che quando due metalli diversi entrano in contatto si crea una certa differenza di potenziale, chiamata differenza di potenziale di contatto. Le ragioni che causano la comparsa di una differenza di potenziale di contatto sono le seguenti circostanze.

1. Differenti funzioni di lavoro per elettroni liberi di metalli diversi. Il fatto è che a temperature ordinarie, gli elettroni, compiendo movimento termico, non fuoriescono dal metallo; Ciò che impedisce agli elettroni di essere strappati dal metallo è sia la loro interazione con le cariche positive del nucleo del reticolo cristallino, sia la repulsione nel metallo da parte degli elettroni che in precedenza avevano raggiunto la superficie metallica. Di conseguenza, affinché un elettrone lasci un metallo, è necessario compiere una quantità di lavoro molto specifica, che varia a seconda del metallo. Con lo stretto contatto di superfici pulite di metalli diversi, il lavoro degli elettroni che lasciano il loro metallo diventa leggermente più semplice, ma rimane comunque diverso per i diversi metalli.

Il lavoro compiuto per spostare una carica elettrica in un campo elettrico è numericamente uguale al prodotto della carica elettrica spostata per la differenza di potenziale dei punti del campo tra i quali si muove la carica.

A = e(V − V 0),

dove V è il potenziale del campo elettrico all'interno del metallo; e V 0 è il potenziale del campo elettrico all'esterno del metallo. In pratica, il potenziale esterno al metallo è zero (V 0 =0), e la formula per il lavoro compiuto nel rilascio di un elettrone dal metallo assume la forma

Allora sarà uguale il potenziale che un elettrone deve superare per uscire dal metallo (potenziale di uscita).

Pertanto, il potenziale di uscita è numericamente uguale al lavoro che un elettrone deve compiere per uscire da un dato metallo. Supponiamo, ad esempio, che quando due metalli A e B entrino in contatto, la funzione lavoro degli elettroni del metallo A sarà inferiore alla funzione lavoro degli elettroni del metallo B. In questo caso, la potenziale uscita dal metallo A (V A) sarà essere inferiore al potenziale di uscita dal metallo B (V B ) e si crea una differenza di potenziale di contatto tra i metalli.

, (1)

Inoltre, il metallo A verrà caricato positivamente e il metallo B negativamente.

2. Differenti concentrazioni di elettroni liberi nei metalli a contatto. Metalli diversi differiscono nella loro struttura e ciò comporta un diverso contenuto di elettroni liberi per unità di volume. Supponiamo che la concentrazione di elettroni liberi nel metallo A sia maggiore che nel metallo B, cioè n 0A >n 0B.

È del tutto naturale che per questo motivo usciranno più elettroni dal metallo A che dal metallo B; Di conseguenza, si crea una differenza di potenziale tra i metalli A e B, dove il metallo A viene caricato positivamente e il metallo B negativamente. Questa differenza di potenziale di contatto è determinata dalla formula

, (2)

dove κ è la costante di Boltzmann;

T – temperatura assoluta del punto di contatto.;

e – carica dell'elettrone;

n 0A, n 0B – concentrazione di elettroni liberi nei metalli A e B.

Pertanto, tenendo conto di entrambe le circostanze che causano il verificarsi di una differenza di potenziale di contatto, possiamo scrivere:

(3)

Va notato che questa forza elettromotrice sarà osservata solo alle estremità di un circuito aperto. Se diversi metalli collegati in serie formano un circuito chiuso, la somma delle differenze di potenziale di contatto di questi metalli sarà uguale a zero, poiché le differenze di potenziale di contatto su entrambi i contatti saranno uguali in grandezza e opposte in segno. Tuttavia, ciò avverrà solo se la temperatura di entrambi i contatti di metalli diversi è la stessa. A diverse temperature dei contatti in un circuito chiuso si manifesta una forza elettromotrice diversa da zero; questa forza elettromotrice è detta forza termoelettromotrice. Ipotizziamo che in un circuito chiuso composto da due metalli A e B, il contatto (1) sia mantenuto alla temperatura T 1, ed il contatto (23) alla temperatura T 2 (Fig. 1)

I potenziali di uscita V A e V B e la concentrazione di elettroni liberi n 0A e n 0B, in generale, non dipendono dalla temperatura. La forza elettromotrice totale che si genera in un circuito chiuso può essere scritta come segue:

Portando termini simili e riordinando numeratore e denominatore della frazione nel secondo logaritmo, abbiamo:

(4)

La formula mostra che la forza elettromotrice generata in un circuito chiuso a diverse temperature di contatti di metalli diversi è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura di questi contatti.

Poiché le quantità K, e, n 0A e n 0B sono costanti, la formula può essere trasformata in:

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

è numericamente uguale alla fem che si verifica quando la temperatura di contatto cambia di 1 o C. Sebbene l'entità della forza termoelettromotrice sia piccola (diverse centinaia di millesimi di volt per 1 o), i fenomeni termoelettrici sono ampiamente utilizzati sia per misurare alte temperature che per misurare per rilevare un riscaldamento molto debole. A questo scopo vengono utilizzati i cosiddetti termoelementi o termocoppie, che sono due fili di metalli diversi con una forza termoelettromotrice nota e misurata con precisione. I fili sono saldati nel punto di contatto. Un contatto è posto in un ambiente con una certa temperatura costante (T o) e l'altro in un ambiente in cui la temperatura cambia (T). L'EMF risultante viene misurato utilizzando un voltmetro; la forza elettromagnetica misurata viene utilizzata per determinare la differenza di temperatura (T – T o); Poiché T o è nota in anticipo, si trova anche la temperatura T.

parte sperimentale

DESCRIZIONE DEL DISPOSITIVO

Lo scopo di questo lavoro è calibrare la termocoppia, cioè stabilire la dipendenza della forza termoelettromotrice dalla temperatura (formula 4 e 5).

L'attrezzatura del laboratorio è composta dai seguenti strumenti: 1) termocoppia, 2) batteria, 3) voltmetro, 4) galvanometro, 5) potenziometro, costituito da due accumulatori di resistenza, 6) cavo di flusso, 7) chiave, 8) pallone di Dewar, 9 ) piastra riscaldante , 10) termometro.

COMPLETAMENTO DEI LAVORI

1. Assemblare il circuito elettrico secondo lo schema allegato (Fig. 2)

In questo caso bisogna tenere presente che: a) il polo positivo della batteria (+E 0) ed il polo positivo della termopila (+T.B) devono essere collegati allo stesso terminale del reocordo (è più conveniente per quello vicino al quale si trova la linea zero), b) r 1 – potenziometro con resistenza di 240 Ohm, r – potenziometro con resistenza di 240 Ohm, r 2 – reocordo con resistenza di 7 Ohm, c) il polo negativo della termopila (-TB) deve essere collegato tramite un galvanometro al contatto mobile P della reocorda, d) Posizionare la giunzione sinistra del termoelemento in un pallone Dewar, e la giunzione destra in un bicchiere di acqua fredda posto su una stufa elettrica fredda e non accesa. Nello stesso bicchiere dovrebbe essere posizionato un termometro.

2. Dopo aver controllato il circuito assemblato da parte dell'insegnante, impostare il contatto mobile P del cursore in posizione zero e accendere l'interruttore K. L'ago del galvanometro dovrebbe essere a zero (altrimenti contattare l'insegnante).

3. Registrare la lettura del termometro, accendere il fornello e osservare il cambiamento di temperatura.

4. Ogni 5 gradi di riscaldamento: a) registrare la temperatura, b) dolcemente, spostando il contatto mobile P, impostare l'ago del galvanometro su zero, c) registrare la lunghezza del braccio della passera dal punto A al contatto mobile P.

5. Tutte queste misurazioni devono essere effettuate fino al punto di ebollizione dell'acqua o, nel caso del contatto mobile dell'asta di flusso, fino al punto B.

6. Inserisci tutte le misurazioni nelle colonne 1,2,3,4 della tabella.

7. Per calcolare la fem della termopila (E), nonché il valore C (forza termoelettromotrice che si verifica quando la temperatura della giunzione riscaldata cambia di 1 o), è necessario effettuare alcuni calcoli e calcoli teorici. Il fatto è che nella posizione del contatto mobile P, in cui l'ago del galvanometro q sarà a zero (assenza di corrente), la forza termoelettromotrice sarà esattamente uguale alla caduta di tensione nella sezione della reocorda dal punto A al punto contatto mobile P. Pertanto, prima di tutto, devi sapere qual è la caduta di tensione sull'intero reocordo AB creato dalla batteria E o. Indichiamo (vedi Fig. 2) la corrente sul potenziometro r 1 con i 1 . sul potenziometro da r - a i e sul reocordo da r 2 a i 2; quindi, utilizzando la prima legge di Kirchhoff, possiamo scrivere per il punto D:

secondo la seconda legge di Kirchhoff risulta (per il contorno E o D E o)

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

Poiché il potenziometro r 1 e il reocordo r 2 sono collegati in parallelo tra loro, allora

io1r1 = io2r2 (8)

Sostituiamo nell'equazione (7) invece di i il suo valore dall'equazione (6).

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

Nell'equazione (9) sostituiamo i 1 r 1 con un valore uguale dall'uguaglianza (8)

(10)

Nell'ultima espressione, prendi i 2 r 2 tra parentesi

(11)

Poiché i 2 r 2 = i 1 r 1, l'espressione (11) può essere scritta come segue:

(12)

i 2 r 2 – è la tensione desiderata sull'intero accordo di flusso creato dalla sorgente di corrente.

8. Dopo aver calcolato la caduta di tensione lungo l'intera corda di flusso, è possibile iniziare a calcolare la forza termoelettromotrice per ciascuna temperatura misurata (vedere punto 4 nella sezione “Esecuzione del lavoro”). La procedura di calcolo è la seguente: indichiamo con N il numero di tutte le divisioni del reocordo; Supponiamo che per qualche osservazione il contatto mobile si fermi all'ennesima divisione della reocorda e l'ago del galvanometro sia a zero.

Se, quando il contatto mobile P è posizionato all'n-esima divisione della reocorda, l'ago del galvanometro è a zero, ciò significa che la forza termoelettromotrice che si genera ad una data temperatura compensa solo quella parte della tensione sulla reocorda che cade su la parte del reocordo corrispondente alle sue n divisioni (E FB = V AR).

Facciamo una proporzione:

Per N divisioni del reocordo ci sono i 2 r 2 volt (vedi scheda 12), e per n divisioni ci sono x volt.

Questa tensione x è la forza elettromotrice (E). che si è formato nella termopila ad una certa temperatura fissa.

Inserisci tutti questi calcoli della forza termoelettromotrice nella tabella.

9. Calcolare il valore della costante “c” per ciascun numero di osservazione utilizzando la formula (5).

10. Costruire un grafico della dipendenza della forza termoelettromotrice dalla temperatura, riportando il valore della differenza di temperatura (t a - t b) sull'asse delle ascisse e il valore della forza termoelettromotrice E sull'asse delle ordinate.

DOMANDE DI CONTROLLO

1. Scopo e produzione del lavoro

2. Il concetto di differenza di potenziale di contatto. Le leggi di Volta.

3. Termoelettricità. TermoEMF e sua applicazione in agricoltura.

4. Calibrazione della termocoppia.