1.4. Rýchlo prejdeme na K 1 a počítame prvú maximálnu odchýlku svetelného bodu b na stupnici. (Ak chcete stíšiť rám balistického galvanometra, musíte zapnúť tlačidlo K).

1.5. Potom zopakujte rovnaký experiment pre dva ďalšie prúdy I 2 = 0,2A a

1.6. Pomocou vzorca (8) určíme C a potom jeho priemernú hodnotu:

Tabuľka 1 - Stanovenie nastavenia balistickej konštanty

			C c r, Wb/m

2. Demagnetizácia torusu.

2.1. Otvorte merací obvod tlačidlom K, aby nedošlo k spáleniu galvanometra pri demagnetizácii.

2.2. Pripojte výstupné konce LATR („Load“) ku svorkám „Demagnetization“ umiestneným na paneli.

2.3. Nastavte regulátor napätia LATR do nulovej polohy.

2.4. Pripojte LATR k ​​sieti so striedavým napätím 220 V.

2.5. Hladko zmeňte výstupné napätie LATR z 0 na 100 V a potom zo 100 na 0. Opakujte to 5-krát.

2.6. Zakázať LATR.

3. Štúdia závislosti B na H.

3.1. Pomocou spínača K 2 uzatvorte obvod k torusu.

3.2. Pomocou reostatov R 1 a R 2 nastavte prúd na 0,1 A.

3.3. Rýchlo zmeňte smer prúdu v toruse prepnutím kľúča K 1 opačným smerom a zaznamenajte odchýlku svetelného bodu balistického galvanometra a.

3.4. Pri danej aktuálnej hodnote experiment zopakujte aspoň 3x a určte priemernú hodnotu a priem.

3.5. Pri každom zvýšení prúdu v toruse o DI = 0,1 A dôsledne vykonajte experimenty v odsekoch 3.1-3.4, kým sa nedosiahne maximálna hodnota prúdu, ktorú je možné dosiahnuť v inštalácii.

3.6. Pre každú hodnotu prúdu v torusovom vinutí vypočítajte intenzitu magnetického poľa H pomocou vzorca (6) a určte

3.7. Pre každú aktuálnu hodnotu určite B pomocou vzorca (5).

3.8. Zostrojte graf B = f(H).

3.9. Pomocou vzorca (7) vypočítajte m a nakreslite závislosť m=f(H).

3.11. Urobte záver o povahe závislostí B = f(H) a m=f(H).

Tabuľka 2 – Výsledky štúdia magnetického poľa torusového jadra

			V,T

BEZPEČNOSTNÉ PREDPISY

1. Pripojte stojan k sieti striedavé napätie 220 V len s povolením vyučujúceho.

2. Opatrne odmagnetizujte torus. Pri demagnetizácii sa uistite, že ste otvorili obvod balistického galvanometra tlačidlom K (do polohy „Vypnuté“).

SKONTROLUJTE OTÁZKY PRE POVOLENIE PRÁCE

1. Aký je účel práce?

2. Aké je poradie prác?

3. Ako sa určuje balistická konštanta zariadenia?

4. Ako sa určuje B?

5. Ako sa určuje H?

6. Ako sa určuje m?

7. Čo je inštalačná schéma? Povedz nám o nej.

TESTOVACIE OTÁZKY NA OCHRANU VAŠEJ PRÁCE

1. Aký jav je základom výkonu práce?

2. Čo je charakteristické pre triedu látok – feromagnetika?

3. Čo sú diamagnetické a paramagnetické materiály?

4. Aký je fyzikálny význam nastavenia balistickej konštanty?

5. Aké množstvo náboja preteká balistickým galvanometrom pri zmene magnetického toku?

6. Vysvetlite závislosť B = f(H) pre feromagnetikum.

7. Prečo bol torus demagnetizovaný?

8. Vysvetlite závislosť m=f(H).

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

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

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

Plán 2002

Skomplikovaný:

Dorošenková Nadežda Kuzminichna

Voronov Ivan Nikolajevič

Konovalov Sergej Valerijevič

Boková Tatyana Grigorievna

Martusevič Elena Vladimirovna

ŠTÚDIUM MAGNETICKEJ INDUKCIE V ŽELEZE

BALISTICKOU METÓDOU

Pokyny na vykonávanie laboratórnych prác na kurze

"Všeobecná fyzika"

Redaktor N. P. Lavrenyuk

Vydavateľ č. 01439 zo dňa 04.05.2000 Podpísané na pečať

Formát papiera 60x84 1/16 Písací papier Ofsetová tlač

Cond.bake.l. 0,58 Academic-ed.l. 0,65 Náklad 100 kópií. objednať

Sibírska štátna priemyselná univerzita

654007, Novokuzneck, Kirova ul., 42

Vydavateľské centrum SibGIU

LABORATÓRNE PRÁCE č.2

STANOVENIE KAPACITY KONDENZÁTORA BALISTICKÝM GALVANOMETROM

1. Úvod

Cieľ práce– oboznámenie sa s balistickou metódou stanovenia kapacity kondenzátora. Práca pozostáva z dvoch častí. V prvej časti sa zisťuje hodnota balistickej konštanty galvanometra, v druhej sa zisťujú kapacity dvoch kondenzátorov a kapacity týchto zapojených kondenzátorov. paralelné a sekvenčné.

Kapacita kondenzátora sa rovná pomeru náboja q na kondenzátore na potenciálny rozdiel medzi jeho doskami

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

Pre sériové pripojenie

Náboj na kondenzátore sa meria pomocou balistického galvanometra. Balistická metóda je jednou z metód nielen elektrických, ale aj magnetických meraní. Balistický galvanometer patrí k zariadeniam magnetoelektrického systému, ktorého schematická štruktúra je znázornená na obr. 1. Medzi pólmi permanentného magnetu N.S. oceľový valec je umiestnený na vytvorenie radiálneho magnetického poľa IN. Valec je upevnený nehybne. V medzere medzi pólmi magnetu a valcom sa môže rám voľne otáčať TO s tenkým drôteným vinutím, zaveseným na kovovej alebo kremennej nite M. Na meranie uhlov natočenia rámu sa používa zrkadlo. A, na ktorý dopadá svetelný lúč z osvetľovacieho zariadenia. Na meranie náboja sa používa balistický galvanometer, ktorého trvanie t preteká obvodom je malé v porovnaní s periódou T prirodzené vibrácie rámu. Balistický galvanometer sa líši od bežných zrkadlových galvanometrov tým, že má zvýšený moment zotrvačnosti. ja jeho mobilný systém. Ak dôjde ku krátkodobému prúdovému impulzu (t<<T), potom je rám v každom okamihu vystavený krútiacemu momentu spôsobenému interakciou prúdu i s magnetickým poľom: https://pandia.ru/text/78/409/images/image007_6.png" width="37" height="45">. Keďže sa prúd v tomto momente zastavil, rám sa začne rotuje zotrvačnosťou počiatočnou rýchlosťou w0 a skrúca závit. V momente zastavenia rámu sa všetka kinetická energia premení na potenciálnu energiu zakrúteného závitu, kde D- konštanta krútenia závitu; j – maximálny uhol vychýlenia rámu:

Uhlová rýchlosť w0, ..png" width="65" height="41 src=">.

Vykonajte integráciu:

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

Kde q– náboj prechádzajúci rámom za čas t. Spoločným riešením rovníc (4) a (5) budeme mať . Experimentálne sa odchýlka svetelného „zajačika“ (odmietnutie) meria nie v uhloch, ale v deleniach mierky n. Pretože n a j sú navzájom úmerné, potom môžeme konečne písať

q = Bn, (6)

Kde IN– koeficient úmernosti, ktorý sa nazýva balistická konštanta galvanometra. Balistická konštanta sa numericky rovná množstvu náboja, ktorý spôsobí, že sa „zajačik“ odchýli o jeden dielik stupnice. Akýkoľvek galvanometer môže slúžiť ako balistický, ak je splnená podmienka t<< T. Takže poznať balistickú konštantu galvanometra IN, odpadky n keď je kondenzátor vybitý a údaje voltmetra U, v súlade so vzorcami (1) a (6) nájdite kapacitu

Nabíjačky" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">napájací zdroj, G- balistický galvanometer, IN- voltmeter, TO- dvojitý spínač. Tehotná ja prepínač TO kondenzátor S nabíjanie; keď sa prepínač presunie do polohy II kondenzátor sa vybíja cez galvanometer. V tomto momente sa meria maximálna odchýlka „zajačika“. n na stupnici.

V prvej časti práce je na určenie balistickej konštanty zaradený do obvodu kondenzátor známej kapacity (obr. 2) - norma S e. Nabitím referenčného kondenzátora na určitý potenciálny rozdiel U a potom ho vybite na galvanometer, zmerajte odchýlku „zajačika“ n. Pretože náboj na kondenzátore je rovnaký q = C uh U, potom pomocou vzorca (6) môžeme vypočítať balistickú konštantu

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

n, záležitostiach

q, uC

IN, uC/div

V stredu, uC/div

1. Vypočítajte IN pre každý U pomocou vzorca (8) nájdite priemernú hodnotu IN. Vytvorte graf závislosti q od n a uistite sa, že tento vzťah je lineárny.

2. Odvoďte vzorec pre hodnotu chyby IN podľa pravidiel pre výpočet chyby nepriamych meraní. Vypočítajte D B/IN pre: najmenšiu hodnotu U podľa tabuľky. 1.

Stanovenie kapacít neznámych kondenzátorov a ich zapojenia

tabuľka 2

		n, záležitostiach	S, uF	ZSSR, uF
Kondenzátor S 1
Kondenzátor S 2
Paralelné spoj. S"
Konzistentné spoj. S""

3. Vypočítajte kapacitu kondenzátorov S 1, S 2, S" A S" podľa vzorca (7).

4. Pomocou vzorcov (2) a (3) nájdite teoretické hodnoty kapacít kondenzátorov S" teória a S" teóriu a porovnať so skúsenými S" A S".

5. Odvoďte vzorec chyby D S/S pre kapacitu zistenú experimentálne (vzorec 7). Vypočítajte D S 1/S 1, D S 2/S 2, D S"/S", D S"/S" pre jednu z hodnôt U(D IN/IN prevzaté z bodu 2). Určite absolútne chyby a zaznamenajte konečný výsledok pre každú nádobu.

6. Nájdite rozdiel v hodnotách kapacity pre paralelné (alebo sériové) pripojenie, získané experimentálne a teoreticky. Porovnať ( S" – S" teor.) s chybou tohto rozdielu D( S" – S" teória) a presvedčte sa o tom S" – S" teória £. D( S" – S" teória). hodnoty S 1 S 2 a S" prevzaté zo stola. 2 pri rovnakom potenciálnom rozdiele U.

7. Dodatočná úloha. Navrhuje sa premyslieť a experimentálne otestovať spôsob stanovenia kapacity kondenzátora pomocou referenčného kondenzátora, ale bez predchádzajúceho merania balistickej konštanty.

LITERATÚRA

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

LABORATÓRNE PRÁCE č. 2.14

„STANOVENIE ELEKTRICKEJ KAPACITY POUŽÍVANIA KONDENZÁTORA

BALISTICKÝ GALVANOMETER"

Cieľ práce: experimentálne stanovenie dynamickej konštanty balistického galvanometra a kapacity kondenzátora.

Popis elektrického obvodu

Elektrická schéma, použitý v tejto laboratórnej práci, je uvedený na obr. 1. Tu G- balistický galvanometer, S- kondenzátor, P- vypínač, V- voltmeter, B- EMF batéria.

Ryža. 1. Schematický diagram inštalácie

Pri prepínači P nastavený do ľavej polohy sa kondenzátor nabíja z batérie B a súčasne je galvanometer premostený s kritickým odporom (v diagrame nie je uvedený). Vďaka tomu je jeho rám inštalovaný v rovnovážnej polohe. Pri prepínači P nastavený do správnej polohy sa kondenzátor vybije cez galvanometer.

Vysvetlenia k práci

Balistický galvanometer je určený na meranie množstva elektriny pretekajúcej jeho rámom za čas výrazne kratší, než je perióda jeho vlastných kmitov. Balistický galvanometer sa líši od bežného galvanometra magnetoelektrického systému tým, že jeho pohyblivá časť je masívnejšia a má väčší moment zotrvačnosti. j.

Ryža. 2. Návrh balistického galvanometra.

Ryža. 3. Schéma balistického galvanometra (pohľad zhora).

V prstencovej medzere medzi pólmi permanentného magnetu N a S je na kovovom závite zavesený drôtený rám 1 a valec z mäkkého železa 2. Závit je vybavený zrkadlom. Na meranie odchýlky rámu od rovnovážnej polohy sa používa lúč svetla, ktorý smeruje od žiarovky na zrkadle a odrazený od nej dopadá na stupnicu.

Keď na rám 1 preteká krátkodobý prúd J zo strany vonkajšieho magnetického poľa, pôsobí dvojica ampérových síl, ktoré vytvárajú krútiaci moment.

Trvanie aktuálneho impulzu t je oveľa kratšie ako doba vlastných kmitov rámu T (t << T), pretože pohyblivá časť galvanometra má veľký moment zotrvačnosti (v dôsledku valca 2). Vplyv ampérového momentu sily na rám má preto charakter „úderu“ (odtiaľ názov galvanometra).

Pri otáčaní rámu sa jeho kinetická energia premieňa na potenciálnu energiu točenej nite. Spolu s rámom na rohu 0 zrkadlo sa tiež otáča (svetelný lúč sa posunie o uhol 2 0). (obr. 3)

Pohyb rámu balistického galvanometra je opísaný rovnakou rovnicou ako v prípade bežného galvanometra magnetoelektrického systému:

J
, (1)

kde K 1 je koeficient torznej pružnosti; K 2 – koeficient elektromagnetického brzdenia; B – modul magnetickej indukcie; S – plocha rámu; n – kolmo na obrys.

Od momentu zotrvačnosti j je veľký, na ľavej strane rovnice (1) možno druhý a tretí člen zanedbať v porovnaní s prvým:

j . (2)

Množstvo elektriny q, prešiel rámom v čase t, možno určiť integráciou rovnice (2):

j
. (3)

Kinetická energia rámu galvanometra sa rovná

(4)

ktorá sa mení na potenciálnu energiu krútenie pod uhlom α vlákna:

. (5)

Moment zotrvačnosti možno určiť zo vzorca pre obdobie T 0 elastické torzné vibrácie:

(6)

Nahradenie vzorcov (4)-(6) do (3) a zohľadnenie toho E K = E P, máme

, (7)

Označme . Z výrazu (7) je zrejmé, že maximálna rotácia rámu balistického galvanometra je úmerná množstvu elektriny, ktorá ním preteká:

, (8)

kde je hodnota β – dynamická konštanta galvanometra. Určuje množstvo elektriny, ktorá sa pri prúdení cez rám otočí o uhol rovný 1 radián.

Uhol odchýlky "zajačika" sa rovná

, (9)

Kde n– odchýlka svetelného „zajačika“ na stupnici;

l– vzdialenosť od zrkadla k mierke.

Nahradením hodnoty q zo vzorca pre kapacitu kondenzátora do vzorca (8) a berúc do úvahy výraz (9), dostaneme:

. (10)

Zákazka

Cvičenie 1: Stanovenie dynamickej konštanty.

1. Zahrňte do obvodu referenčný kondenzátor Od 0 so známou kapacitou.

2. Pomocou spínača SA zatvorte obvod

3. Prepínač P nastavte do polohy „charge“ a nabite kondenzátor Od 0 .

4. Prepínač P nastavte do polohy „vybitie“ a označte krajné delenie n 0, ku ktorému sa zajačik presunie pri prvom kmitaní v procese vybíjania kondenzátora cez galvanometer.

5. Body 3-4 zopakujte 5-krát.

Cvičenie 2: Stanovenie kapacity kondenzátora.

1. Zahrňte do obvodu kondenzátor s neznámou kapacitou C1.

2. P.p. 2-5 cvikov 1 opakujte 5 krát ( n 1).

3. Zahrňte do obvodu kondenzátor C 2.

4. P.p. 2-5 cvikov 1 opakujte 5 krát ( n 2).

5. Zahrňte do obvodu kondenzátor S párikmi, čo je paralelné pripojenie C 1 A C 2(položky 2-5 z cvičenia 1, opakujte 5-krát) n párov.

6. Zahrňte do obvodu kondenzátor Od minula– (sériové pripojenie C 1 A C 2) (položky 2-5 z cvičenia 1, opakujte 5-krát) p posledný.

Tabuľka merania

1. Údaje elektrického diagramu:

– dĺžka od zrkadla po mierku l= 180 mm, Al= 0,5 mm;

– kapacita referenčného kondenzátora Od 0= 0,047 uF; .

2. Určenie odchýlky svetelného „zajačika“ n:

Skúsenosť č.	n 0, záležitosti	Δn 0, záležitosti	n 1, záležitosti	Δn 1, záležitosti	n 2, záležitosti	Δn 2, záležitosti	(n)para, záležitosti	Δ(n) párov, záležitosti	(n) posledný, záležitosti	Δ(n) posledný, záležitosti
St. zn.

Spracovanie výsledkov merania.

2. Určte relatívnu chybu pomocou vzorca

,

ΔU určiť z triedy presnosti voltmetra, Δn 0- súčet inštrumentálnych a náhodných chýb.

4. Určte zodpovedajúce relatívne chyby pomocou vzorca:

.

5. Nájdite množstvá S párikmi A Od minula podľa nasledujúcich vzorcov:

; .

6. Porovnajte experimentálne a vypočítané hodnoty S párikmi A Od minula.

Kontrolné otázky

1.Čo je elektrická kapacita? V akých jednotkách sa meria v systémoch SI a SGSE?

2. Vysvetlite štruktúru a princíp činnosti balistického galvanometra?

3.Aká elektrická veličina sa meria pomocou balistického galvanometra?

4.Aký je fyzikálny význam dynamickej konštanty β ?

5.Akú hodnotu nameria balistický galvanometer, ak je k nemu pripojený zdroj jednosmerného prúdu?

6.Popíšte proces vybíjania kondenzátora; Uveďte vzorec pre vybíjací prúd kondenzátora cez určitý odpor.

Úloha č.1

Kondenzátory sú zapojené tak, ako je znázornené na obr. Kapacita kondenzátorov: , , , . Určite elektrickú kapacitu S kondenzátorové banky.

Úloha č.2

Určite elektrickú kapacitu S obvod znázornený 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

Úloha č.3

Päť rôznych kondenzátorov je zapojených podľa schémy znázornenej na obr. Určite elektrickú kapacitu S 4, v ktorom elektrická kapacita celého zapojenia nezávisí od veľkosti elektrickej kapacity S 5. súhlasiť , , .

Problém č.4

Medzi doskami plochého kondenzátora nabitého na potenciálny rozdiel , existujú dve vrstvy dielektrika: hrubé sklo a hrúbka ebonitu . Námestie S každá doska kondenzátora sa rovná 200 cm 2. Nájdite: 1) elektrickú kapacitu S kondenzátor; 2) posun D, napätie E polia a potenciálny pokles U v každej vrstve.

Problém #5

Parafínová doska s hr , ktorý tesne prilieha k jeho platniam. O koľko potrebujete zväčšiť vzdialenosť medzi doskami, aby ste dosiahli rovnakú kapacitu?

Problém #6

Kondenzátor s kapacitou sa pravidelne nabíja z batérie pomocou EMF a vypúšťa sa cez prstencovú cievku s priemerom a rovina prstenca sa zhoduje s rovinou magnetického poludníka. Cievka má otočiť. Horizontálna magnetická ihla umiestnená v strede cievky sa odchyľuje o uhol . Kondenzátor sa spína na frekvencii . Nájdite horizontálnu zložku z údajov tohto experimentu N g silu magnetického poľa Zeme.

Problém č.7

Kondenzátor s kapacitou pravidelne nabíjané z batérie pomocou EMF a vybíja sa cez dĺžku solenoidu . Solenoid má otočí. Priemerná intenzita magnetického poľa vo vnútri solenoidu . S akou frekvenciou P Prepína sa kondenzátor? Priemer solenoidu sa považuje za malý v porovnaní s jeho dĺžkou.

Problém č.8

Na dĺžku solenoidu a prierezová plocha dať na cievku pozostávajúcu z otočí. Cievka je pripojená k balistickému galvanometru, ktorého odpor je . Pozdĺž solenoidového vinutia pozostávajúceho z otáča, prúd tečie . Nájdite balistickú konštantu S galvanometer, ak je známe, že keď je prúd v elektromagnete vypnutý, galvanometer dáva spätný návrat rovný 30 dielikom stupnice (balistická konštanta galvanometra je hodnota, ktorá sa číselne rovná množstvu elektriny, ktorá spôsobí pokles stupnice o jedna divízia). Zanedbajte odpor cievky v porovnaní s odporom balistického galvanometra.

Problém č.9

Na meranie indukcie magnetického poľa sa používa cievka pozostávajúca z závity drôtu a spojené s balistickým galvanometrom. Os cievky je rovnobežná so smerom magnetického poľa. Plocha prierezu cievky . Odolnosť galvanometra ; jeho balistická konštanta . Keď je cievka rýchlo vytiahnutá z magnetického poľa, galvanometer dáva hod rovný 50 dielikom stupnice. Nájdite indukciu IN magnetické pole. Zanedbajte odpor cievky v porovnaní s odporom balistického galvanometra.

Problém č.10

závity tenkého drôtu navinutého na obdĺžnikovej dĺžke rámu a šírka , zavesený na závite v magnetickom poli s indukciou . Cez cievku preteká prúd . Nájdite krútiaci moment M, pôsobiace na cievku galvanometra, ak rovina cievky: 1) je rovnobežná so smerom magnetického poľa; 2) zviera uhol so smerom magnetického poľa.

Problém č.11

Na diaľku z dlhého rovného vertikálneho drôtu na dĺžke vlákna a priemer visí krátka magnetická ihla, ktorej magnetický moment . Šípka je v rovine prechádzajúcej drôtom a závitom. Pod akým uhlom sa ihla otočí, ak drôtom prechádza prúd? ? Modul, šmykový materiál závitu . Systém je chránený pred magnetickým poľom Zeme.

Problém č.12

Galvanometrová cievka pozostávajúca z závity drôtu, zavesené na dĺžke vlákna a priemer v silnom magnetickom poli tak, aby jeho rovina bola rovnobežná so smerom magnetického poľa. Dĺžka rámu navijaka a šírka . Aký prúd ja prúdi pozdĺž vinutia cievky, ak je cievka natočená pod uhlom ? Modul šmyku materiálu závitu .

Problém č.13

Štvorcový rám je zavesený na drôte tak, aby smer magnetického poľa zvieral uhol s normálou k rovine rámu. Strana rámu . Indukcia magnetického poľa . Ak rámom prechádza prúd , potom sa otočí do uhla . Nájdite šmykový modul G drôtený materiál. Dĺžka drôtu , polomer závitu ­

Problém č.14

Zrkadlo galvanometra je zavesené na dĺžke drôtu a priemer . Nájdite krútiaci moment M, zodpovedajúce odchýlke zajačika o množstvo na stupnici umiestnenej vo vzdialenosti od zrkadla . Modul šmyku drôteného materiálu .

Problém č.15

Keď elektrický prúd preteká vinutím galvanometra, krútiaci moment pôsobí na jeho rám so zrkadlom namontovaným na ňom , Rám sa otáča pod malým uhlom. Toto skrúcanie je nedokončená práca. . V akej vzdialenosti A zajačik sa bude pohybovať od zrkadla pozdĺž stupnice odstránenej na diaľku z galvanometra?

Kondenzátor je systém dvoch alebo viacerých vodičov (dosiek) oddelených dielektrikom, ktorý má schopnosť akumulovať veľké množstvo elektriny (elektrický náboj). Hlavnou charakteristikou kondenzátora je jeho elektrická kapacita S.

Kapacita je určená pomerom náboja q na kladnej doske kondenzátora na rozdiel potenciálov medzi doskami U:

C= q/U. (1)

V SI sa elektrická kapacita meria vo faradoch: 1F = 1 C/V.

Kondenzátory sú spojené do batérie, pričom sú zapojené paralelne (obr. 1) alebo sériovo (obr. 2).

pozostáva z napätia na každom kondenzátore. V tomto prípade je ich celková kapacita určená vzorcom:

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

Pri laboratórnej práci sa kapacita kondenzátora určuje pomocou balistického galvanometra - vysoko citlivého zariadenia s veľkou periódou vlastných kmitov rámu. Pri krátkodobom prúde je výchylka rámu úmerná elektrickému náboju q prešiel cez galvanometer:

q = A n,

Kde A(C/div) - balistická konštanta galvanometra; n- počet dielikov, o ktoré sa ukazovateľ (zajačik) odchyľuje na stupnici galvanometra.

Popis usporiadania laboratória

V laboratórnom nastavení (obr. 3) kľúč TO 1 pripája externé napätie. Kondenzátor je napájaný potenciometrom R(delič napätia). Hodnota napätia je riadená voltmetrom V. Kondenzátor S sa nabíja zo zdroja energie, keď je kľúč v 1 a vypúšťa sa cez galvanometer G pri preklade kľúča TO 2 do polohy 2 .

Zákazka

Úloha 1. Stanovenie balistickej konštanty pomocou referenčného kondenzátora.

1. Získajte povolenie od učiteľa a začnite s meraním.

2. Povoliť kľúč TO 1 kľúč TO 2 nastavte do polohy 1 .

3. Pomocou potenciometra nastavte napätie určené učiteľom U.

4. Preložte kľúč TO 2 do polohy 2 n

n 1 = n 2 = n 3 =

5. Nájdite priemernú hodnotu odchýlky „zajačika“:

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

6. Určte balistickú konštantu:

A = C uh U/n priemer =

Kde C e je referenčná kapacita určená učiteľom.

Úloha 2. Stanovenie neznámej kapacity kondenzátora.

1 kondenzátor

1. Povoliť kľúč TO 1 kľúč TO 2 nastavte do polohy 1 .

U.

3. Preložte kľúč TO 2 do polohy 2 a určiť veľkosť odchýlky svetelného „zajačika“ n. Opakujte merania trikrát.

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 priemer =

kde d U n

D S = C d S =

Výsledok zapíšte ako: C = C exp ± D S

C =± .

2 kondenzátor

1. Povoliť kľúč TO 1 kľúč TO 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocou potenciometra nastavte napätie určené učiteľom U.

3. Preložte kľúč TO 2 do polohy 2 a určiť veľkosť odchýlky svetelného „zajačika“ n. Opakujte merania trikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Nájdite priemernú hodnotu odchýlky „zajačika“:

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

5. Určte kapacitu kondenzátora

C = A×n St / U =

Kde U- napätie, na ktoré sa nabíja kondenzátor.

6. Vypočítajte relatívnu chybu merania kapacity:

d S= d U+D n/n priemer =

kde d U- relatívna chyba v určení napätia (pozri laboratórnu prácu 1); D n- polovičná cena najmenšieho dielika stupnice galvanometra.

7. Vypočítajte absolútnu chybu merania kapacity:

D S = C d S =

Výsledok zapíšte ako: C = C exp ± D S

C =± .

Úloha 3. Určenie kapacity sériovo zapojených kondenzátorov.

Podľa pokynov učiteľa zapojte do série kondenzátory, ktorých kapacity boli určené v úlohe 2.

1. Povoliť kľúč TO 1 kľúč TO 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocou potenciometra nastavte napätie určené učiteľom U.

3. Preložte kľúč TO 2 do polohy 2 a určiť veľkosť odchýlky svetelného „zajačika“ n. Opakujte merania trikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Nájdite priemernú hodnotu odchýlky „zajačika“:

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

5. Určte kapacitu kondenzátora

C = A×n St / U =

Kde U- napätie, na ktoré sa nabíja kondenzátor.

6. Vypočítajte relatívnu chybu merania kapacity:

d S= d U+D n/n priemer =

kde d U- relatívna chyba v určení napätia (pozri laboratórnu prácu 1); D n- polovičná cena najmenšieho dielika stupnice galvanometra.

7. Vypočítajte absolútnu chybu merania kapacity:

D S = C d S =

Výsledok zapíšte ako: C = C exp ± D S

C =± .

Úloha 4. Určenie kapacity paralelne zapojených kondenzátorov.

Kondenzátory, ktorých kapacity boli určené v úlohe 2, zapojte podľa pokynov učiteľa paralelne.

1. Povoliť kľúč TO 1 kľúč TO 2 nastavte do polohy 1 .

2. Pomocou potenciometra nastavte napätie určené učiteľom U.

3. Preložte kľúč TO 2 do polohy 2 a určiť veľkosť odchýlky svetelného „zajačika“ n. Opakujte merania trikrát.

n 1 = n 2 = n 3 =

4. Nájdite priemernú hodnotu odchýlky „zajačika“:

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

5. Určte kapacitu kondenzátora

C = A×n St / U =

Kde U- napätie, na ktoré sa nabíja kondenzátor.

6. Vypočítajte relatívnu chybu merania kapacity:

d S= d U+D n/n priemer =

kde d U- relatívna chyba v určení napätia (pozri laboratórnu prácu 1); D n- polovičná cena najmenšieho dielika stupnice galvanometra.

7. Vypočítajte absolútnu chybu merania kapacity:

D S = C d S =

Výsledok zapíšte ako: C = C exp ± D S

C =± .

Vypočítajte teoretickú hodnotu kapacity

S teória = S 1 + S 2 =

Kontrolné otázky

1. Čo je to elektrický kondenzátor?

2. Aká je kapacita kondenzátora?

3. Jednotky SI kapacity.

4. Prečo sa kapacita batérie paralelne zapojených kondenzátorov rovná súčtu kapacít každého z nich?

5. Prečo bude náboj na doskách akéhokoľvek kondenzátora rovnaký pri zapojení do série?

6. Ako zistiť kapacitu batérie sériovo zapojených kondenzátorov?

Laboratórium 4

1. Zapnite osvetlenie stupnice galvanometra. Nastavte nulu na stupnici.

2. Pomocou kľúča K 1 zapnite prúd v obvode pomocou bežného solenoidu. Pomocou reostatu R nastavte prúd na 0,1 ampéra. Zapnite prúd v obvode pomocou bežného solenoidu.

3. Zatvorte kľúč K 2 v okruhu s balistickým solenoidom.

4. Zatvorte kľúč K 1 v obvode s normálnym solenoidom a zmerajte posun „zajačika“ (stupnice) α. Keď sa stupnica galvanometra vráti do nulovej polohy, otvorte tlačidlo K 2 a znova zaznamenajte reset stupnice galvanometra. Opakujte merania 2-3 krát. Zo všetkých získaných údajov vypočítajte priemernú hodnotu odmietnutia.

5. Pomocou vzorca (22) určite konštantu balistického galvanometra pre každé meranie α. Zo všetkých získaných hodnôt vypočítajte priemernú hodnotu konštanty balistického galvanometra.

Výsledky práce zapíšte do tabuľky 1.

URČENIE HORIZONTÁLNEHO KOMPONENTU

SILA MAGNETICKÉHO POLE

6. Zarovnajte roviny oboch prstencov (A a B) zemskej tlmivky a nastavte tlmivku podľa kompasu tak, aby roviny oboch prstencov boli kolmé na rovinu magnetického poludníka.

7. So zapnutým prúdom v primárnom elektromagnete rýchlo otočte celý induktor o 180° o hlavicu C, pričom si všimnete pokles „zajačika“ (stupnice) β. Vykonajte toto odpočítavanie 2-3 krát. Zo všetkých získaných odmietnutí „zajačika“ (stupnice) vypočítajte priemernú hodnotu β .

8. Pomocou vzorca (28) a (30) vypočítajte hodnotu horizontálnej intenzity magnetického poľa ZemeН В .

Výsledky práce zapíšte do tabuľky 2.

URČENIE VERTIKÁLNEHO KOMPONENTU

SILA MAGNETICKÉHO POLE

9. Zarovnajte roviny prstencov (A a B) zemskej tlmivky a nastavte tlmivku podľa kompasu tak, aby roviny oboch prstencov boli rovnobežné s rovinou magnetického poludníka.

10. So zapnutým prúdom v primárnom elektromagnete rýchlo otočte hlavu E - krúžok B o 90 o, pričom si všimnite veľkosť hodu „zajačika“ (stupnice). γ. Vykonajte experiment 2-3 krát. Z hodnôt všetkých získaných odmietnutí vypočítajte priemernú hodnotu hodnoty γ.

11. Pomocou vzorca (16) vypočítajte hodnotu vertikálnej zložky intenzity magnetického poľa Zeme HV.

12. Pomocou vzorca (1) vypočítajte celkovú hodnotu intenzity magnetického poľa Zeme H.

Výsledky práce zapíšte do tabuľky 3.

stôl 1

Stanovenie konštanty balistického galvanometra

Tabuľka 3

Stanovenie vertikálnej zložky intenzity zemského poľa

magnetizmus.

Skúsenosť č.	γ	Priemerná hodnota γ	N V
1. 2. 3. 4. 5.

KONTROLNÉ OTÁZKY

1. Magnetické pole. Vektor magnetickej indukcie.

2. Biot-Savart-Laplaceov zákon a jeho aplikácia na výpočet magnetických polí.

3. Ampérov zákon. Pravá ľavá ruka.

4. Práca magnetického poľa na pohyb vodiča (obvodu) prúdom.

5. Fenomén elektromagnetickej indukcie. Faradayov zákon a jeho odvodenie zo zákona zachovania energie. Lenzove pravidlo.

Úloha č.7

KALIBRÁCIA TERMOČLÁNKU

1. Cieľ práce: Oboznámte sa s termoelektrickými javmi a nakalibrujte termočlánok.

Teoretická časť

V roku 1797 Volt zistil, že keď sa dva rôzne kovy dostanú do kontaktu, vzniká určitý potenciálny rozdiel, nazývaný rozdiel kontaktného potenciálu. Dôvody, ktoré spôsobujú výskyt rozdielu kontaktného potenciálu, sú nasledujúce okolnosti.

1. Rôzne pracovné funkcie pre voľné elektróny z rôznych kovov. Faktom je, že pri bežných teplotách elektróny, ktoré vykonávajú tepelný pohyb, neunikajú z kovu; To, čo bráni vytrhnutiu elektrónov z kovu, je ich interakcia s kladnými nábojmi jadra kryštálovej mriežky a odpudzovanie do kovu tými elektrónmi, ktoré predtým dosiahli povrch kovu. Výsledkom je, že na to, aby elektrón opustil kov, je potrebné vynaložiť veľmi špecifické množstvo práce, ktoré sa pre rôzne kovy líši. Pri tesnom kontakte čistých povrchov rôznych kovov je práca elektrónov opúšťajúcich ich kov o niečo jednoduchšia, ale stále zostáva odlišná pre rôzne kovy.

Práca vykonaná na pohyb elektrického náboja v elektrickom poli sa číselne rovná súčinu presunutého elektrického náboja a potenciálneho rozdielu tých bodov v poli, medzi ktorými sa náboj pohybuje.

A = e(V − V 0),

kde V je potenciál elektrického poľa vo vnútri kovu; a Vo je potenciál elektrického poľa mimo kovu. Prakticky je potenciál mimo kovu nulový (V 0 = 0) a vzorec pre prácu vykonanú pri uvoľnení elektrónu z kovu má tvar

Potom bude potenciál, ktorý musí elektrón prekonať, aby opustil kov (výstupný potenciál), rovný

Výstupný potenciál sa teda numericky rovná práci, ktorú musí elektrón vykonať, aby opustil daný kov. Nech sa napríklad dva kovy A a B dostanú do kontaktu, pracovná funkcia elektrónov z kovu A bude menšia ako pracovná funkcia elektrónov z kovu B. V tomto prípade bude potenciálny výstup z kovu A (V A) byť menší ako potenciálny výstup z kovu B (VB) a medzi kovmi vzniká rozdiel kontaktného potenciálu.

, (1)

Navyše kov A bude nabitý kladne a kov B záporne.

2. Rôzne koncentrácie voľných elektrónov v kontaktujúcich kovoch. Rôzne kovy sa líšia svojou štruktúrou, čo znamená rôzny obsah voľných elektrónov na jednotku objemu. Predpokladajme, že koncentrácia voľných elektrónov v kove A je väčšia ako v kove B, teda n 0A > n 0B.

Je celkom prirodzené, že z tohto dôvodu bude z kovu A vychádzať viac elektrónov ako z kovu B; V dôsledku toho vzniká potenciálny rozdiel medzi kovmi A a B, pričom kov A je nabitý kladne a kov B záporne. Tento rozdiel kontaktného potenciálu je určený vzorcom

, (2)

kde κ je Boltzmannova konštanta;

T – absolútna teplota dotykového bodu.;

e – elektrónový náboj;

n 0A, n 0B – koncentrácia voľných elektrónov v kovoch A a B.

Ak teda vezmeme do úvahy obe okolnosti spôsobujúce výskyt rozdielu kontaktného potenciálu, môžeme napísať:

(3)

Treba poznamenať, že táto elektromotorická sila bude pozorovaná iba na koncoch otvoreného okruhu. Ak rôzne kovy zapojené do série tvoria uzavretý obvod, potom sa súčet rozdielov kontaktných potenciálov týchto kovov bude rovnať nule, pretože rozdiely kontaktných potenciálov na oboch kontaktoch budú rovnaké vo veľkosti a opačné v znamienku. To však bude len v prípade, ak je teplota oboch kontaktov rôznych kovov rovnaká. Pri rôznych teplotách kontaktov v uzavretom okruhu sa objavuje elektromotorická sila, ktorá sa líši od nuly; táto elektromotorická sila sa nazýva termoelektromotorická sila. Predpokladajme, že v uzavretom okruhu zloženom z dvoch kovov A a B je kontakt (1) udržiavaný pri teplote T 1 a kontakt (23) pri teplote T 2 (obr. 1).

Výstupné potenciály V A a V B a koncentrácia voľných elektrónov n 0A a n 0B vo všeobecnosti nezávisia od teploty. Celkovú elektromotorickú silu vznikajúcu v uzavretej slučke možno zapísať takto:

Prinesením podobných výrazov a preusporiadaním čitateľa a menovateľa zlomku v druhom logaritme máme:

(4)

Vzorec ukazuje, že elektromotorická sila generovaná v uzavretom okruhu pri rôznych teplotách kontaktov rôznych kovov je priamo úmerná teplotnému rozdielu týchto kontaktov.

Keďže množstvá K, e, n 0A a n 0B sú konštantné, vzorec možno previesť na:

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

sa číselne rovná emf, ku ktorému dochádza pri zmene kontaktnej teploty o 1 o C. Hoci veľkosť termoelektromotorickej sily je malá (niekoľko stotisícin voltu na 1 o), termoelektrické javy sú široko používané tak na meranie vysokých teplôt, ako aj na detekciu veľmi slabého ohrevu. Na to sa používajú takzvané termočlánky alebo termočlánky, čo sú dva drôty vyrobené z rôznych kovov so známou a vopred presne nameranou termoelektromotorickou silou. Drôty sú v mieste kontaktu zvarené. Jeden kontakt je umiestnený v prostredí s určitou konštantnou teplotou (T o), a druhý v prostredí, kde sa teplota mení (T). Výsledný EMF sa meria pomocou voltmetra; namerané EMF sa používa na určenie teplotného rozdielu (T – T o); Keďže T o je známe vopred, zistí sa aj teplota T.

experimentálna časť

POPIS ZARIADENIA

Účelom tejto práce je kalibrácia termočlánku, t.j. stanovenie závislosti termoelektromotorickej sily od teploty (vzorec 4 a 5).

Laboratórna zostava pozostáva z nasledujúcich prístrojov: 1) termočlánok, 2) batéria, 3) voltmeter, 4) galvanometer, 5) potenciometer pozostávajúci z dvoch odporových zásobníkov, 6) indukčná šnúra, 7) kľúč, 8) Dewarova banka, 9 ) horúca platňa, 10) teplomer.

DOKONČENIE PRÁCE

1. Zostavte elektrický obvod podľa priloženej schémy (obr. 2)

V tomto prípade je potrebné mať na pamäti, že: a) kladný pól batérie (+E 0) a kladný pól termočlánku (+T.B) musia byť pripojené na rovnakú svorku reochordu (je to vhodnejšie k tomu, v blízkosti ktorého sa nachádza čiara nula), b) r 1 – potenciometer s odporom 240 Ohmov, r – potenciometer s odporom 240 Ohmov, r 2 – reochord s odporom 7 Ohm, c) záporný pól termočlánku (-TB) musí byť spojený cez galvanometer s pohyblivým kontaktom P reochordu, d) ľavý spoj termočlánku vložte do Dewarovej banky a pravý spoj do pohára so studenou vodou. na studenom elektrickom sporáku, ktorý nie je zapnutý. V tom istom pohári by mal byť umiestnený teplomer.

2. Po skontrolovaní zostaveného obvodu učiteľom nastavte pohyblivý kontakt P posuvnej tetivy do nulovej polohy a zapnite spínač K. Ručička galvanometra by mala byť na nule (v opačnom prípade kontaktujte učiteľa).

3. Zaznamenajte údaj teplomera, zapnite kachle a sledujte zmenu teploty.

4. Každých 5 stupňov ohrevu: a) zaznamenajte teplotu, b) plynulo pohybujte pohyblivým kontaktom P, nastavte ručičku galvanometra na nulu, c) zaznamenajte dĺžku ramena fluke od bodu A po pohyblivý kontakt P.

5. Všetky tieto merania by sa mali vykonávať dovtedy, kým sa bod varu vody alebo v prípade pohyblivého kontaktu tyče tavidla neposunie do bodu B.

6. Všetky merania zapíšte do stĺpcov 1,2,3,4 tabuľky.

7. Na výpočet emf termočlánku (E), ako aj hodnoty C (tepelnoelektromotorická sila, ktorá vzniká pri zmene teploty vyhrievaného spoja o 1 o), je potrebné urobiť niekoľko teoretických výpočtov a výpočtov. Faktom je, že v polohe pohyblivého kontaktu P, pri ktorej bude ihla galvanometra q na nule (bez prúdu), bude termoelektromotorická sila presne rovná poklesu napätia v úseku reochordu z bodu A do pohyblivý kontakt P. Preto v prvom rade potrebujete vedieť, aký je úbytok napätia na celom reochordu AB vytvorený batériou E o. Označme (pozri obr. 2) prúd na potenciometri r 1 i 1 . na potenciometri r - cez i a na reochorde r 2 cez i 2; potom pomocou prvého Kirchhoffovho zákona môžeme pre bod D napísať:

podľa druhého Kirchhoffovho zákona sa ukazuje (pre obrys E o D E o)

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

Keďže potenciometer r 1 a reochord r 2 sú navzájom zapojené paralelne, potom

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

Dosadme do rovnice (7) namiesto i jej hodnotu z rovnice (6).

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

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

(10)

V poslednom výraze vyberte i 2 r 2 zo zátvoriek

(11)

Pretože i 2 r 2 = i 1 r 1, potom výraz (11) možno zapísať takto:

(12)

i 2 r 2 – je požadované napätie na celej tetive vytvorené zdrojom prúdu.

8. Po vypočítaní úbytku napätia na celom toku môžete začať počítať termoelektrickú silu pre každú nameranú teplotu (pozri bod 4 v časti „Vykonávanie práce“). Postup výpočtu je nasledovný: označme počet všetkých dielikov reochordu N; Predpokladajme, že na nejaké pozorovanie sa pohyblivý kontakt zastaví na n-tom dieliku reochordu a strelka galvanometra je na nule.

Ak je pri polohe pohyblivého kontaktu P na n-tom delení reochordu strelka galvanometra na nule, znamená to, že termoelektromotorická sila, ktorá vzniká pri danej teplote, kompenzuje iba tú časť napätia na reochorde, ktorá dopadá. na časti reochordu zodpovedajúcej jeho n deleniam (E FB = V AR).

Urobme pomer:

Pre N dielikov reochordu je 1 2 r 2 voltov (pozri formulár 12) a pre n dielikov je x voltov.

Toto napätie x je elektromotorická sila (E). ktoré vznikli v termočlánku pri určitej fixnej ​​teplote.

Všetky tieto výpočty termoelektromotorickej sily zadajte do tabuľky.

9. Vypočítajte hodnotu konštanty „c“ pre každé číslo pozorovania pomocou vzorca (5).

10. Zostrojte graf závislosti termoelektromotorickej sily od teploty, pričom na vodorovnú os vyneste hodnotu teplotného rozdielu (t a - t b) a na zvislú os hodnotu termoelektromotorickej sily E.

KONTROLNÉ OTÁZKY

1. Účel a produkcia práce

2. Koncept rozdielu kontaktného potenciálu. Voltove zákony.

3. Termoelektrina. ThermoEMF a jeho aplikácia v poľnohospodárstve.

4. Kalibrácia termočlánku.