Sähkömagnetismin laboratorion työpaja fysiikan sotilasmekaanista. Sähkömagnetismi

SÄHKÖMANETISMI ♦ KUSTANTAJA TSTU ♦ Venäjän federaation opetusministeriö TAMBOV VALTION TEKNINEN YLIOPISTO ELEKTROMANETISMI Laboratoriotyöt Tambov TSTU Publishing House 2002 M. Savelyev, Yu. P. Lyashenko, Laboratorio, V. A..4 E:5 El. orja. / A. M. Saveljev, Yu. P. Lyashenko, V. A. Shishin, V. I. Barsukov. Tambov. Kustantaja Tamb. osavaltio tekniikka. un-ta, 2002. 28 s. Esitetään ohjeet ja kuvaukset laboratoriotiloista, joita käytetään kolmen yleisen fysiikan kurssin "Sähkömagnetismi" laboratoriotyön suorittamisessa. Jokaisessa työssä esitetään teoreettinen perustelu vastaaville menetelmille esitettyjen ongelmien kokeelliseen ratkaisemiseen sekä metodologia saatujen tulosten käsittelyyn. Laboratoriotyöt on tarkoitettu 1.-2. vuoden opiskelijoille kaikilla insinöörikoulutuksen muodoilla ja muodoilla. UDC 535.338 (076.5) BBK В36Я73-5 © Tambov State Technical University (TSTU), 2002 Oppijulkaisu SÄHKÖMAGNETISMI Laboratoriotyöt Kokoonpano: Aleksanteri A. Mihailovitš Saveljev, Juri Petrovitš M. Ljashenko, Valeri Anatoljevitš, tekninen toimittaja Ivanovitš. prototyyppi M. A. Filatova Allekirjoitettu julkaistavaksi 16.09.02. Muoto 60×84/16. Times NR kuulokkeet. Sanomalehtipaperi. Offsetpainatus. Tilavuus: 1,63 arb. uuni l.; 2.00 ed. l. Levikki 100 kappaletta. C 565M Tambovin valtion teknillisen yliopiston julkaisu- ja painokeskus 392000, Tambov, st. Sovetskaya, 106, k. 14 OHJAUSKYSYMYKSIÄ 1 Induktion ja magneettikentän voimakkuuden käsitteiden fyysinen merkitys. 2 Kirjoita ylös Biot-Savart-Laplacen laki ja näytä sen soveltaminen tasavirtakentän ja pyöreän virtakelan akselin kentän laskemiseen. 3 Johda laskentakaavat äärellisen pituisen solenoidin kentälle. 4 Selitä magneettikentän induktiovektorin kiertoa koskevan lauseen fysikaalinen merkitys ja sen soveltaminen äärettömän pitkän solenoidin kentän laskemiseen. 5 Selitä toimintaperiaate, asennuskaavio ja mittaustekniikka. 6 Miten kentän jakauma solenoidin akselilla muuttuu riippuen sen pituuden ja halkaisijan suhteesta? Luettelo suosituksista 1 Saveljev IV Yleisen fysiikan kurssi. T. 2. M., 1982. 2 Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Fysiikan kurssi. M., 1987. 3 Akhmatov A. S. et al. Fysiikan laboratoriokäytäntö. M., 1980. 4 Irodov IE Sähkömagnetismin peruslait. M.: High School, 1983. Laboratoriotyö ELEKTRONIN ERIKOISVARAUKSEN MÄÄRITTÄMINEN "MAGNETRONIMENETELMÄLLÄ" Työn tarkoitus: tutustua menetelmään luoda keskenään kohtisuorat sähkö- ja magneettikentät, elektronien liikkeitä sellaiset ylitetyt kentät. Määritä kokeellisesti elektronin ominaisvarauksen suuruus. Laitteet ja tarvikkeet: elektroninen lamppu 6E5S, solenoidi, virtalähde VUP-2M, milliampeerimittari, ampeerimittari, volttimittari, potentiometri, liitäntäjohdot. Ohjeet Yksi kokeellisista menetelmistä elektronin ominaisvarauksen (elektronin varauksen suhde sen massaan e/m) määrittämiseksi perustuu tutkimustuloksiin varautuneiden hiukkasten liikkeistä keskenään kohtisuorassa magneetti- ja sähkökentissä. Tässä tapauksessa liikkeen rata riippuu hiukkasen varauksen suhteesta sen massaan. Työssä käytetyn menetelmän nimi johtuu siitä, että samanlainen elektronien liike saman konfiguraation magneetti- ja sähkökentissä suoritetaan magnetroneissa - laitteissa, joita käytetään tuottamaan voimakkaita mikroaaltotaajuuden sähkömagneettisia värähtelyjä. Tämän menetelmän pääasialliset kuviot voidaan tunnistaa ottamalla huomioon yksinkertaisuuden vuoksi nopeudella v lentävän elektronin liike tasaiseen magneettikenttään, jonka induktiovektori on kohtisuorassa liikkeen suuntaan nähden. Kuten tiedetään, tässä tapauksessa suurin Lorentzin voima Fl = evB vaikuttaa elektroniin, kun se liikkuu magneettikentässä, joka on kohtisuorassa elektronin nopeuteen nähden ja on siten keskipitkävoima. Tällöin elektronin liike tällaisen voiman vaikutuksesta tapahtuu ympyrää pitkin, jonka säteen määrää ehto: mv 2 evB = , (1) r missä e, m, v ovat varaus, elektronin massa ja nopeus, vastaavasti; B on magneettikentän induktion arvo; r on ympyrän säde. Tai mv r= . (2) eB Suhteesta (2) voidaan nähdä, että elektronin liikeradan kaarevuussäde pienenee magneettikentän induktion kasvaessa ja kasvaa sen nopeuden kasvaessa. Ilmaisemalla ominaisvarauksen arvon kohdasta (1) saadaan: e v = . (3) m rB Kohdasta (3) seuraa, että suhteen e / m määrittämiseksi on tarpeen tietää elektronin liikkeen nopeus v, magneettikentän induktion arvo В ja elektronin liikeradan kaarevuussäde r. Käytännössä tällaisen elektronien liikkeen simuloimiseksi ja ilmoitettujen parametrien määrittämiseksi edetään seuraavasti. Elektronit, joilla on tietty liikenopeus, saadaan käyttämällä kaksielektrodista elektroniputkea, jossa on anodi, joka on valmistettu sylinterin muodossa ja jonka akselia pitkin sijaitsee filamenttinen katodi. Kun anodin ja katodin väliseen rengastilaan kohdistetaan potentiaaliero (anodijännite Ua), syntyy säteittäisesti suunnattu sähkökenttä, jonka vaikutuksesta katodista lämpöemissiosta lähtevät elektronit liikkuvat suoraviivaisesti pitkin anodin säteet ja anodipiiriin sisältyvä milliametri, näyttävät tietyn arvon anodivirrasta Ia. Sähköiseen ja siten elektronien nopeuteen nähden kohtisuorassa tasainen magneettikenttä saadaan asettamalla lamppu solenoidin keskiosaan siten, että solenoidin akseli on yhdensuuntainen sylinterimäisen anodin akselin kanssa. Tässä tapauksessa, kun virta Ic johdetaan solenoidin käämin läpi, magneettikenttä, joka syntyy anodin ja katodin välisessä rengastilassa, taivuttaa elektronien suoraviivaista liikerataa. Solenoidivirran Ic kasvaessa ja sitä kautta magneettisen induktion B suuruuden kasvaessa elektronin liikeradan kaarevuussäde pienenee. Kuitenkin magneettisen induktion B matalilla arvoilla kaikki aiemmin anodin saavuttaneet elektronit (pisteessä B = 0) putoavat edelleen anodille, ja milliampeerimittari tallentaa anodin virran Ia vakioarvon (kuva 1). 1). Jollakin ns. kriittisellä magneettisen induktion (Bcr) arvolla elektronit liikkuvat sylinterimäisen anodin sisäpintaa tangentteja pitkin, ts. jo lakkaa saavuttamasta anodia, mikä johtaa anodivirran voimakkaaseen laskuun ja sen täydelliseen pysähtymiseen arvoilla B >< Bкр В = Bкр В > Bcr b a C Kuva. 1. Elektronin ideaaliset (a) ja todelliset (b) purkausominaisuudet muuttuvat jatkuvasti sähkökentän voimien sille aiheuttaman kiihtyvyyden vuoksi. Siksi elektronin liikeradan tarkka laskeminen on melko monimutkaista. Kuitenkin, kun anodin säde ra on paljon suurempi kuin katodin säde (ra >> rk), uskotaan, että suurin elektronin nopeuden lisäys sähkökentän vaikutuksesta tapahtuu katodia lähellä olevalla alueella, jossa sähkökentän voimakkuus on maksimi, ja siten elektronien suurin kiihtyvyys. Elektronin jatkopolku kulkee lähes vakionopeudella ja sen liikerata on lähellä ympyrää. Tässä suhteessa magneettisen induktion Bcr kriittisellä arvolla elektronin liikeradan kaarevuussäteeksi otetaan etäisyys, joka on puolet asennuksessa käytetyn lampun anodin säteestä, ts. ra rkr = . (4) 2 Elektronin nopeus määräytyy ehdosta, että sen kineettinen energia on yhtä suuri kuin työ, jonka sähkökenttä kuluttaa tämän energian välittämiseen sille mv 2 = eU a , (5) 2 missä Uа on potentiaaliero lampun anodin ja katodin väliin. KORVATTAmalla NOPEUDEN ARVOT ASETUKSESTA (5), KIRJAN SÄTEEN RKR AIHTEISTA (4) PÄÄKSIIN (3) MAGNEETTIKENTÄN INDUKTIOIDEN KRIITTISESTÄ ARVOLLA SAAMME SUHTEEN e / m LAUKUMISEN. : e 8U = 2 a2 . (6) m ra Bcr Katodin säteen (rc) huomioiva parannettu laskelma antaa suhteen elektronin ominaisvarauksen määrittämiseksi e 8U a = . (7) m  r2  ra 2 Bcr 2 1 − k2   r   a  Äärillisen pituiselle solenoidille kriittisen magneettikentän induktion arvo sen keskiosassa tulee laskea kaavalla µ 0 ( I c) cr N Bcr = , (8) 4 R 2 + L2 missä N on solenoidin kierrosten lukumäärä; L, R ovat solenoidin säteen pituus ja keskiarvo; (Ic)kr. on solenoidivirta, joka vastaa magneettisen induktion kriittistä arvoa. Korvaamalla Bcr kohdassa (7), saamme lopullisen lausekkeen ominaisvaraukselle 8U a (4 R 2 + L2) e = . (9) 2 2 rk 2  m µ 0 ra (I c) cr N 1 − 2  2  r   a  e. anodivirran riippuvuus solenoidivirrasta Iа = ƒ(Ic). On huomattava, että toisin kuin ihanteellinen vikaominaisuus (kuva 1, a), todellisessa ominaiskäyrässä on vähemmän jyrkkä laskeva osa (kuva 1, b). Tämä selittyy sillä, että elektroneja emittoi lämmitetty katodi eri alkunopeuksilla. Elektronien nopeusjakauma lämpöemission aikana on lähellä Maxwellin kaasun molekyylien nopeusjakauman tunnettua lakia. Tässä suhteessa kriittiset olosuhteet eri elektroneille saavutetaan eri solenoidivirran arvoilla, mikä johtaa käyrän Iа = ƒ(Ic) tasoittumiseen. Koska Maxwell-jakauman mukaan suurimman osan katodin emittoimasta elektronivirrasta on alkunopeus lähellä todennäköistä tietyllä katodin lämpötilalla, nollauskäyrän jyrkin pudotus havaitaan, kun solenoidivirta saavuttaa kriittisen arvon. arvo (Ic)cr tälle tietylle elektroniryhmälle . Siksi kriittisen virran arvon määrittämiseen käytetään graafista differentiointimenetelmää. Tätä tarkoitusta varten riippuvuus ∆I a = f (I c) ∆I c piirretään riippuvuuden Iа = ƒ(Ic) kuvaajalle samoilla solenoidivirran arvoilla. ∆Ia on anodivirran lisäys vastaavalla solenoidivirran ∆Ic muutoksella. ∆I a Purkauskäyrän Ia = ƒ(Ic) (a) ja funktion = f (I c) (b) likimääräinen kuva on esitetty kuvassa. 2. Solenoidin (Ic)cr kriittisen virran ∆I c ∆I a arvo, joka vastaa käyrän = f (I c) maksimiarvoa, otetaan Bcr:n laskemiseen kaavan (8) mukaisesti. ∆I c Ia Ia Ic a b (Ic)cr Ic 2. Lampun nollaus (a) ja differentiaali (b) ominaisuudet ASENNUKSEN KUVAUS ASENNUS ON KOOTTU 6E5C LAMPPUUN, JOTA KÄYTETÄÄN YLEISSÄ ELEKTRONISENA ILMOITTIMENA. ASENNUSSÄHKÖKAAVIO ON ESITETTY KUVASSA 1. 3. LAMPPU TOIMITETAAN VUP-2M TASUAJASTA DC-VIRTALLA, JOSSA ANODIN JA KATODIN VÄLISEN JÄNNITEARVOA SÄÄDETÄÄN PYÖREÄN POTENTIOMETRIN AVULLA (K1NOB0 ... PUOLELLA K1NOB0 ... ). LAMPPU KATODIA LÄMMENETÄÄN VAIHTOJÄNNITEELLÄ, JÄNNITE ~ 6,3 V POISTETTU TASUAJAN LIITTEITÄ. TASASUURIN ON LIITETTY LABORATORIOHIHNAlle ASENNETTUUN 220 V VERKKOPISTOON. RIISI. 3. ASENNUS SÄHKÖKAAVIO: VUP-2M + R ~ 220V 10 - 100 V - V A ~ 6.3V VUP-2M - TASUAJAIN; R - POTENTIOMETRI 0 ... 30 OM; A - AMMITTARI 0 ... 2A; MA - MILLIAMMETRI - 0 ... 2 MA; V - VOLTMITETRI 0 ... 100 V Solenoidi L potentiometrin R kautta saa virran tasavirtalähteestä, joka on kytketty ± 40 V pistorasiaan, myös asennettuna laboratoriopöydälle. Solenoidivirta mitataan ampeerimittarilla, jonka rajat ovat 0 ... 2 A, anodivirta mitataan milliampeerimittarilla, jonka rajat ovat 0 ... 2 mA, ja anodijännite mitataan volttimittarilla, jonka mittausrajat ovat 0 ... 150 V. MENETTELY JA TULOSTEN KÄSITTELY kaavio kuvasta. 3. Aseta mittauslaitteille sopivat mittausarvojen rajat ja määritä kunkin niistä jakoarvo. 2 Liitä tasasuuntaaja VUP-2M 220 V liitäntään ja potentiometrin R lähdöt +40 V liitäntään. Tarkista lampun hehkulähtö tasasuuntaajan liittimiin ~6,3 V. opettajan määrittämät anodijännitearvot (U a1). 4 Nollavirralla solenoidissa huomioi anodivirran maksimiarvo (Iа)max. Tämän jälkeen lisää potentiometrillä R solenoidin virtaa (Ic) tietyn aikavälin jälkeen (esim. ∆Ic = 0,1 A) ja kiinnitä joka kerta anodivirran arvo. Tee vähintään 15...18 mittausta. Syötä saadut arvot Ic ja Ia taulukkoon. 1. Taulukot 1 – 3 anodivirta, solenoidin ∆Ia, ∆Ic (A) virran lisäys Solenoidivirta, Ic lisäys Anodivirta Ia e (mA) (mA) ∆I a (A) Nro (Ic)cr Bcr m p / n ∆I c (A) (T) (C/kg) Anodi-katodin jännite U a 1 1: 18 Anodi-katodin jännite U a2 1: 18 Anodi-katodin jännite U a3 1: 18 5 Aseta toinen määritetty jännite jännitemittarilla (U a 2) ja toista kaikki kappaleen 4 toimenpiteet. Syötä uudet tiedot taulukkoon. 2. Suorita vastaavat mittaukset jännitteelle (U a3) ja syötä saadut mittaukset taulukkoon. 3. 6 Piirrä kullekin anodijännitteen arvolle graafiset riippuvuudet Iа = ƒ(Ic). Piirrä samoihin kaavioihin ∆I a anodivirran (dIa) derivaatan riippuvuudet solenoidivirrasta, ts. = f (I c) ja määritä niistä solenoidivirran (Ic)cr kriittiset ∆I c-arvot, kuten kuvassa 2 kaaviomaisesti esitetään. 2. 7 Korvaa löydetyt arvot (Ic)cr kaavaan (8) ja arvioi magneettikentän kriittisen induktion (Bcr) arvot kaikille anodijännitteen arvoille. 8 Laske kaavojen (7) ja (9) avulla elektronin ominaisvarauksen kolme arvoa (e / m)1,2,3. Etsi sen keskiarvo ja vertaa sitä taulukon arvoon. 9 Laske suhteellinen virhe halutun arvon (e / m) määrittämisessä kaavalla: (I c) cr 2 ∆ N 2 ∆ rk ∆ RR + ∆ LL + . + 2 2 + R +L N rk R, L, N, ra, rk arvot on annettu asennuksessa, ja niiden virheet otetaan vakioarvojen tunnettujen sääntöjen mukaan. Virheet ∆µ0 ja ∆N voidaan jättää huomiotta. Virheet (∆Ic)cr ja ∆Ua määräytyvät ampeerimittarin ja volttimittarin tarkkuusluokan mukaan. 10 Etsi suhteellisen virheen perusteella absoluuttinen virhe ∆(e / m), syötä kaikki lasketut arvot taulukkoon. 1 – 3, ja anna lopputulos muodossa e m = (e m) cf ± ∆ (e m) . 11 Analysoi tulokset ja tee johtopäätökset. Testikysymykset 1 Missä olosuhteissa varautuneen hiukkasen liikerata magneettikentässä on ympyrä? 2 Kerro meille asennuslaitteesta ja "magnetronimenetelmän" olemuksesta elektronin ominaisvarauksen määrittämiseen. 3 Mikä on solenoidin kriittinen virta, magneettisen induktion kriittinen arvo? 4 Selitä elektronien liikeradat katodilta anodille solenoidivirralla Ic< Iкр, Ic = Iкр, Ic > Icr. 5 Johda kaavat (6) ja (8). 6 Selitä perusero alipaineputken ihanteellisten ja todellisten palautusominaisuuksien välillä. Luettelo suosituksista 1 Saveljev IV Yleisen fysiikan kurssi. T. 2. M.: Nauka, 1982. 2. A. A. Detlaf, B. M. Yavorsky, et ai., Course of Physics. Moskova: Higher school, 1989. 3 Buravihhin V.A. et al., Magnetismin harjoitus. M.: Higher school, 1979. 4 Maysova N.N. Työpaja yleisen fysiikan kurssista. M.: Higher school, 1970. Laboratoriotyöt TUTKIMUS OMISTA SÄHKÖMAGNEETTISISTA VÄRINNÖISTÄ KÄYTÖSSÄ Työn tarkoitus: tutkia värähtelypiirin parametrien vaikutusta siinä esiintyvien sähkömagneettisten värähtelyjen luonteeseen sekä graafisen tiedon käsittelytaitojen hankkiminen. Laitteet ja lisävarusteet: lyhytaikaisten suorakaiteen muotoisten pulssien elektroninen generaattori, joka lataa säännöllisesti piirikondensaattoria, eri kapasiteetin kondensaattorijärjestelmä, sarjaan kytkettyjen induktorien akku, vastussarja, elektroninen oskilloskooppi, Wheatstonen silta, kytkimet , avaimet. Ohjeita Sähköisessä värähtelypiirissä tapahtuu säännöllisiä muutoksia useissa fysikaalisissa suureissa (virta, latausjännite jne.). Todellinen värähtelypiiri yksinkertaistetussa muodossa koostuu kondensaattorista C, induktorista L ja aktiivisesta resistanssista R, jotka on kytketty sarjaan (kuva 1). Jos kondensaattori on ladattu ja avain K on kiinni, piirissä tapahtuu sähkömagneettisia värähtelyjä. Kondensaattori alkaa purkautua ja piiriin ilmestyy kasvava virta ja siihen verrannollinen magneettikenttä. Magneettikentän lisääntyminen johtaa itseinduktion ilmenemiseen EMF-piirissä: OHJAUSKYSYMYKSET 1 Induktion ja magneettikentän voimakkuuden käsitteiden fyysinen merkitys. 2 Kirjoita ylös Biot-Savart-Laplacen laki ja näytä sen soveltaminen tasavirtakentän ja pyöreän virtakelan akselin kentän laskemiseen. 3 Johda laskentakaavat äärellisen pituisen solenoidin kentälle. 4 Selitä magneettikentän induktiovektorin kiertoa koskevan lauseen fysikaalinen merkitys ja sen soveltaminen äärettömän pitkän solenoidin kentän laskemiseen. 5 Selitä toimintaperiaate, asennuskaavio ja mittaustekniikka. 6 Miten kentän jakauma solenoidin akselilla muuttuu riippuen sen pituuden ja halkaisijan suhteesta? Luettelo suosituksista 1 Saveljev IV Yleisen fysiikan kurssi. T. 2. M., 1982. 2 Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Fysiikan kurssi. M., 1987. 3 Akhmatov AS et al. Fysiikan laboratoriokäytäntö. M., 1980. 4 Irodov IE Sähkömagnetismin peruslait. M.: High School, 1983. Laboratoriotyö ELEKTRONIN ERIKOISVARAUKSEN MÄÄRITTÄMINEN "MAGNETRONIMENETELMÄLLÄ" Työn tarkoitus: tutustua menetelmään luoda keskenään kohtisuorat sähkö- ja magneettikentät, elektronien liikkeitä sellaiset ylitetyt kentät. Määritä kokeellisesti elektronin ominaisvarauksen suuruus. Laitteet ja tarvikkeet: elektroninen lamppu 6E5S, solenoidi, virtalähde VUP-2M, milliampeerimittari, ampeerimittari, volttimittari, potentiometri, liitäntäjohdot. Ohjeet Yksi kokeellisista menetelmistä elektronin ominaisvarauksen (elektronin varauksen suhde sen massaan e/m) määrittämiseksi perustuu tutkimustuloksiin varautuneiden hiukkasten liikkeistä keskenään kohtisuorassa magneetti- ja sähkökentissä. Tässä tapauksessa liikkeen rata riippuu hiukkasen varauksen suhteesta sen massaan. Työssä käytetyn menetelmän nimi johtuu siitä, että samanlainen elektronien liike saman konfiguraation magneetti- ja sähkökentissä suoritetaan magnetroneissa - laitteissa, joita käytetään tuottamaan voimakkaita mikroaaltotaajuuden sähkömagneettisia värähtelyjä. Tämän menetelmän pääasialliset kuviot voidaan tunnistaa ottamalla huomioon yksinkertaisuuden vuoksi nopeudella v lentävän elektronin liike tasaiseen magneettikenttään, jonka induktiovektori on kohtisuorassa liikkeen suuntaan nähden. Kuten tiedetään, tässä tapauksessa suurin Lorentzin voima Fl = evB vaikuttaa elektroniin, kun se liikkuu magneettikentässä, joka on kohtisuorassa elektronin nopeuteen nähden ja on siten keskipitkävoima. Tällöin elektronin liike tällaisen voiman vaikutuksesta tapahtuu ympyrää pitkin, jonka säteen määrää ehto: mv 2 evB = , (1) r missä e, m, v ovat varaus, elektronin massa ja nopeus, vastaavasti; B on magneettikentän induktion arvo; r on ympyrän säde. Tai mv r= . (2) eB Suhteesta (2) voidaan nähdä, että elektronin liikeradan kaarevuussäde pienenee magneettikentän induktion kasvaessa ja kasvaa sen nopeuden kasvaessa. Ilmaisemalla ominaisvarauksen arvon kohdasta (1) saadaan: e v = . (3) m rB Kohdasta (3) seuraa, että suhteen e / m määrittämiseksi on tarpeen tietää elektronin liikkeen nopeus v, magneettikentän induktion arvo В ja elektronin liikeradan kaarevuussäde r. Käytännössä tällaisen elektronien liikkeen simuloimiseksi ja ilmoitettujen parametrien määrittämiseksi edetään seuraavasti. Elektronit, joilla on tietty liikenopeus, saadaan käyttämällä kaksielektrodista elektroniputkea, jossa on anodi, joka on valmistettu sylinterin muodossa ja jonka akselia pitkin sijaitsee filamenttinen katodi. Kun anodin ja katodin väliseen rengastilaan kohdistetaan potentiaaliero (anodijännite Ua), syntyy säteittäisesti suunnattu sähkökenttä, jonka vaikutuksesta katodista lämpöemissiosta lähtevät elektronit liikkuvat suoraviivaisesti pitkin anodin säteet ja anodipiiriin sisältyvä milliametri, näyttävät tietyn arvon anodivirrasta Ia. Sähköiseen ja siten elektronien nopeuteen nähden kohtisuorassa tasainen magneettikenttä saadaan asettamalla lamppu solenoidin keskiosaan siten, että solenoidin akseli on yhdensuuntainen sylinterimäisen anodin akselin kanssa. Tässä tapauksessa, kun virta Ic johdetaan solenoidin käämin läpi, magneettikenttä, joka syntyy anodin ja katodin välisessä rengastilassa, taivuttaa elektronien suoraviivaista liikerataa. Solenoidivirran Ic kasvaessa ja sitä kautta magneettisen induktion B suuruuden kasvaessa elektronin liikeradan kaarevuussäde pienenee. Kuitenkin magneettisen induktion B matalilla arvoilla kaikki aiemmin anodin saavuttaneet elektronit (pisteessä B = 0) putoavat edelleen anodille, ja milliampeerimittari tallentaa anodin virran Ia vakioarvon (kuva 1). 1). Jollakin ns. kriittisellä magneettisen induktion (Bcr) arvolla elektronit liikkuvat sylinterimäisen anodin sisäpintaa tangentteja pitkin, ts. jo lakkaa saavuttamasta anodia, mikä johtaa anodivirran jyrkkään laskuun ja sen täydelliseen lakkaamiseen kohdassa B > Bcr. Ideaaliriippuvuuden Iа = ƒ(B) muoto eli ns. nollauskäyrä on esitetty kuvassa. 1 katkoviiva (a). Sama kuva esittää kaavamaisesti elektronien liikeradat anodin ja katodin välisessä tilassa magneettikentän induktion B eri arvoille. On huomattava, että tässä tapauksessa elektronien liikeradat magneettikentässä eivät ole enää ympyröitä , mutta viivoja, joiden kaarevuussäde vaihtelee. Tämä johtuu siitä, että nopeus Ia A K B = 0 V< Bкр В = Bкр В > Bcr b a C Kuva. 1. Elektronin ideaaliset (a) ja todelliset (b) purkausominaisuudet muuttuvat jatkuvasti sähkökentän voimien sille aiheuttaman kiihtyvyyden vuoksi. Siksi elektronin liikeradan tarkka laskeminen on melko monimutkaista. Kuitenkin, kun anodin säde ra on paljon suurempi kuin katodin säde (ra >> rk), uskotaan, että suurin elektronin nopeuden lisäys sähkökentän vaikutuksesta tapahtuu katodia lähellä olevalla alueella, jossa sähkökentän voimakkuus on maksimi, ja siten elektronien suurin kiihtyvyys. Elektronin jatkopolku kulkee lähes vakionopeudella ja sen liikerata on lähellä ympyrää. Tässä suhteessa magneettisen induktion Bcr kriittisellä arvolla elektronin liikeradan kaarevuussäteeksi otetaan etäisyys, joka on puolet asennuksessa käytetyn lampun anodin säteestä, ts. ra rkr = . (4) 2 Elektronin nopeus määräytyy ehdosta, että sen kineettinen energia on yhtä suuri kuin työ, jonka sähkökenttä kuluttaa tämän energian välittämiseen sille mv 2 = eU a , (5) 2 missä Uа on potentiaaliero lampun anodin ja katodin väliin. KORVATTAmalla NOPEUDEN ARVOT ASETUKSESTA (5), KIRJAN SÄTEEN RKR AIHTEISTA (4) PÄÄKSIIN (3) MAGNEETTIKENTÄN INDUKTIOIDEN KRIITTISESTÄ ARVOLLA SAAMME SUHTEEN e / m LAUKUMISEN. : e 8U = 2 a2 . (6) m ra Bcr Katodin säteen (rc) huomioiva parannettu laskelma antaa suhteen elektronin ominaisvarauksen määrittämiseksi e 8U a = . (7) m  r2  ra 2 Bcr 2 1 − k2   r   a  Äärillisen pituiselle solenoidille kriittisen magneettikentän induktion arvo sen keskiosassa tulee laskea kaavalla µ 0 ( I c) cr N Bcr = , (8) 4 R 2 + L2 missä N on solenoidin kierrosten lukumäärä; L, R ovat solenoidin säteen pituus ja keskiarvo; (Ic)kr. on solenoidivirta, joka vastaa magneettisen induktion kriittistä arvoa. Korvaamalla Bcr kohdassa (7), saamme lopullisen lausekkeen ominaisvaraukselle e 8U a (4 R 2 + L2) = . (9) 2 2 m 2  2 µ 0 ra (I c) cr N 1 − rk   r2  a  . anodivirran riippuvuus solenoidivirrasta Iа = ƒ(Ic). On huomattava, että toisin kuin ihanteellinen vikaominaisuus (kuva 1, a), todellisessa ominaiskäyrässä on vähemmän jyrkkä laskeva osa (kuva 1, b). Tämä selittyy sillä, että elektroneja emittoi lämmitetty katodi eri alkunopeuksilla. Elektronien nopeusjakauma lämpöemission aikana on lähellä Maxwellin kaasun molekyylien nopeusjakauman tunnettua lakia. Tässä suhteessa kriittiset olosuhteet eri elektroneille saavutetaan eri solenoidivirran arvoilla, mikä johtaa käyrän Iа = ƒ(Ic) tasoittumiseen. Koska Maxwell-jakauman mukaan suurimman osan katodin emittoimasta elektronivirrasta on alkunopeus lähellä todennäköistä tietyllä katodin lämpötilalla, nollauskäyrän jyrkin pudotus havaitaan, kun solenoidivirta saavuttaa kriittisen arvon. arvo (Ic)cr tälle tietylle elektroniryhmälle . Siksi kriittisen virran arvon määrittämiseen käytetään graafista differentiointimenetelmää. Tätä tarkoitusta varten riippuvuus ∆I a = f (I c) ∆I c piirretään riippuvuuden Iа = ƒ(Ic) kuvaajalle samoilla solenoidivirran arvoilla. ∆Ia on anodivirran lisäys vastaavalla solenoidivirran ∆Ic muutoksella. ∆I a Purkauskäyrän Ia = ƒ(Ic) (a) ja funktion = f (I c) (b) likimääräinen kuva on esitetty kuvassa. 2. Solenoidin (Ic)cr kriittisen virran ∆I c ∆I a arvo, joka vastaa käyrän = f (I c) maksimiarvoa, otetaan Bcr:n laskemiseen kaavan (8) mukaisesti. ∆I c Ia Ia Ic a b (Ic)cr Ic 2. Nollaa (a) ja erotus (b) lampun ominaisuudet

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö Liittovaltion valtion budjettitaloudellinen korkea-asteen ammatillinen koulutuslaitos "Voronezh State Forest Engineering Academy" FYSIIKAN LABORATORIOHARJOITTELU MAGNETISMI VORONEZH 2014 2 UDC 537 F-50 Julkaistu FGBOU:n koulutus- ja metodologisen neuvoston päätöksellä VPO "VGLTA" Biryukova I.P. Fysiikka [Teksti]: lab. työpaja. Magnetismi: I.P. Biryukova, V.N. Borodin, N.S. Kamalova, N.Yu. Evsikova, N.N. Matveev, V.V. Saushkin; Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö, FGBOU VPO "VGLTA" - Voronezh, 2014. - 40 s. Toimittava toimittaja Saushkin V.V. Arvostelija: Cand. Fys.-Math. Tieteet, ass. Fysiikan laitos VGAU V.A. Beloglazov Tarvittavat teoreettiset tiedot, kuvaus ja menettelytavat laboratoriotyön suorittamiseksi maan magnetismin, Lorentzin voiman ja Ampère-voiman tutkimuksessa sekä elektronin ominaisvarauksen määrittämisessä. Tarkastellaan elektronisen oskilloskoopin laitetta ja toimintaperiaatetta. Oppikirja on tarkoitettu pää- ja osa-aikaisten opiskelumuotojen opiskelijoille aloilla ja erikoisaloilla, joiden opetussuunnitelmat sisältävät fysiikan laboratoriotyöpajan. 3 SISÄLTÖ Laboratoriotyö nro 5.1 (25) Maan magneettikentän induktion vaakakomponentin määritys ……………………………………………………………………………… … 4 Laboratoriotyö nro 5.2 (26) Magneettisen induktion määritys ………………………………………………. 12 Laboratoriotyö nro 5.3 (27) Elektronin ominaisvarauksen määritys katodisädeputkella ………………………………………………………………………. 17 Laboratoriotyö nro 5.4 (28) Elektronin ominaisvarauksen määritys merkkilampulla …………………………………………………………………………….. .. 25 Laboratoriotyö № 5.5 (29) Ferromagneetin magneettisten ominaisuuksien tutkimus …………………………. 32 LIITE 1. Jotkut fysikaaliset vakiot ................................................... ................... ................ 38 2. Yksiköiden nimien desimaalietuliitteet ..... .......………………………. 38 3. Symbolit sähköisten mittauslaitteiden asteikolla ..................... 38 Bibliografinen luettelo ............... ................................................... .............. 39 Lab #5.1 (25) MAAN MAGNEETTIKENTÄINDUKTION HORISONTAALIN KOMPONENTIN MÄÄRITTÄMINEN Työn tarkoitus: magneettikentän lakien tutkiminen tyhjiössä; Maan magneettikentän induktion vaakakomponentin mittaus. TEOREETTINEN MINIMI Magneettikenttä Magneettikenttä syntyy liikkuvista sähkövarauksista (sähkövirta), magnetoiduista kappaleista (kestomagneeteista) tai ajassa muuttuvasta sähkökentästä. Magneettikentän läsnäolo ilmenee sen voimavaikutuksesta liikkuvaan sähkövaraukseen (johtimeen, jolla on virta), sekä kentän suuntaavasta vaikutuksesta magneettineulaan tai suljettuun johtimeen (kehykseen) virralla. Magneettinen induktio Magneettinen induktio B on vektori, jonka moduuli määräytyy magneettikentän virralla olevaan silmukkaan vaikuttavien voimien maksimimomenttien Mmax suhteesta tämän silmukan magneettiseen momenttiin pm virralla M B = max . (1) pm Vektorin B suunta osuu yhteen magneettikentässä muodostuvan silmukan normaalin suunnan kanssa. Kehyksen magneettinen momentti pm virtamoduulilla on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden I ja alueen S tulo, jota rajoittaa kehys pm = IS. Vektorin p m suunta on sama kuin kehyksen normaalin suunta. Normaalin suunta kehykseen virralla määräytyy oikean ruuvin säännön mukaan: jos oikealla kierteellä varustettua ruuvia kierretään rungossa olevan virran suuntaan, ruuvin translaatioliike osuu yhteen normaalin suunta rungon tasoon (kuva 1). Magneettisen induktion B suunnassa näkyy myös magneettineulan pohjoispää, joka on muodostettu magneettikenttään. Magneettisen induktion SI-yksikkö on tesla (T). 2 Biot-Savart-Laplacen laki Virralla I kulkevan johtimen jokainen elementti dl luo jossain kohdassa A magneettikentän, jonka induktio on dB, jonka suuruus on verrannollinen vektorien dl vektorituloon ja sädevektorin r tuloon. elementti dl tiettyyn pisteeseen A (kuva 2 ) μ μI dB = 0 3, (2) 4π r jossa dl on johtimen äärettömän pieni alkio, jonka suunta on sama kuin johtimessa olevan virran suunta; r on vektorin r moduuli; μ0 on magneettinen vakio; μ on aineen magneettinen permeabiliteetti, jossa alkuaine ja piste A sijaitsevat (tyhjiölle μ = 1, ilmalle μ ≅ 1). dB on kohtisuora Vektori sille tasolle, jossa vektorit dl ja r sijaitsevat (kuva 2). Vektorin dB suunta määräytyy oikeanpuoleisen ruuvin säännön mukaan: jos oikealla kierteellä varustettua ruuvia kierretään dl:stä r:ään pienemmän kulman suuntaan, niin ruuvin translaatioliike osuu yhteen suunta dB. Skalaarimuodossa oleva vektoriyhtälö (2) määrittää magneettisen induktion moduulin μ μ I dl sinα dB = 0 , (3) 4π r 2 jossa α on vektorien dl ja r välinen kulma. Magneettikenttien superpositioperiaate Jos magneettikentän muodostavat useat johtimet, joilla on virta (liikkuvat varaukset, magneetit jne.), niin tuloksena olevan magneettikentän induktio on yhtä suuri kuin magneettikentän luomien magneettikenttien induktioiden summa. jokainen johdin erikseen: B res = ∑ B i . i Summaus suoritetaan vektorien yhteenlaskennan sääntöjen mukaisesti. Magneettinen induktio pyöreän johtimen akselilla virralla Biot-Savart-Laplacen lain ja superpositioperiaatteen avulla voidaan laskea mielivaltaisen johtimen virralla muodostaman magneettikentän induktio. Tätä varten johdin jaetaan elementeiksi dl ja lasketaan kaavan (2) avulla kunkin elementin muodostaman kentän induktio dB kyseisessä avaruuden pisteessä. Kaikkien kolmen johtimen luoman magneettikentän induktio B on yhtä suuri kuin kunkin elementin luomien kenttien induktioiden summa (koska elementit ovat äärettömän pieniä, summa pienennetään integraalin laskemiseen johtimen pituudella l ) B = ∫ dB. (4) l Esimerkkinä määritellään magneettinen induktio pyöreän johtimen, jonka virta on I, keskellä (kuva 3a). Olkoon R johtimen säde. Kelan keskellä johtimen kaikkien elementtien dl vektorit dB on suunnattu samalla tavalla - kohtisuoraan käämin tasoon nähden oikean ruuvin säännön mukaisesti. Myös koko ympyräjohtimen tuloksena olevan kentän vektori B on suunnattu tähän pisteeseen. Koska kaikki alkiot dl ovat kohtisuorassa sädevektoriin r nähden, niin sinα = 1, ja etäisyys jokaisesta elementistä dl ympyrän keskipisteeseen on sama ja yhtä suuri kuin käämin säde R. Tässä tapauksessa yhtälö (3) saa muotoa μ μ I dl . dB = 0 4 π R2 Integroimalla tämä lauseke johtimen l pituudelle alueella 0 - 2πR, saadaan magneettikentän induktio pyöreän johtimen keskellä virralla I . (5) B = μ0 μ 2R Vastaavasti voidaan saada lauseke magneettiselle induktiolle pyöreän johtimen akselilla etäisyydellä h kelan keskustasta virralla (kuva 3,b) B = μ0 μ I R 2 2 (R2 + h2) 3/2. KOKEELLINEN TEKNIIKKA (6) 4 Maa on luonnollinen magneetti, jonka navat sijaitsevat lähellä maantieteellisiä napoja. Maan magneettikenttä on samanlainen kuin suoran magneetin kenttä. Maan pinnan lähellä oleva magneettinen induktiovektori voidaan hajottaa vaakasuuntaisiksi B Г ja pystysuoriksi B B -komponenteiksi: B Maa = В Г + В В. Jos magneettinen neula (esimerkiksi kompassin neula) voi pyöriä vapaasti pystyakselin ympäri, niin Maan magneettikentän vaakakomponentin vaikutuksesta se asennetaan magneettisen meridiaanin tasoon suuntaan B G. Jos nuolen lähelle syntyy toinen magneettikenttä, jonka induktio B sijaitsee vaakatasossa, niin nuoli kääntyy tietyn kulman α läpi ja asettuu molempien kenttien tuloksena olevan induktion suuntaan. Kun tiedämme B ja mittaamme kulman α, voimme määrittää BG:n. Yleiskuva asennuksesta, jota kutsutaan tangenttigalvanometriksi, on esitetty kuvassa. Kuviossa 4 sähköpiiri on esitetty kuvassa. 5. Pyöreiden johtimien (käännösten) 1 keskellä on kompassi 2, jota voidaan liikuttaa kierrosten akselia pitkin. Virtalähde ε sijaitsee kotelossa 3, jonka etupaneelissa sijaitsevat: avain K (verkko); potentiometrin nuppi R, jonka avulla voit säätää pyöreän johtimen virtaa; milliammetri mA, joka mittaa virran voimakkuutta johtimessa; kytkin P, jolla voit muuttaa virran suuntaa tangenttigalvanometrin pyöreässä johtimessa. Ennen mittausten aloittamista kompassin magneettinen neula asennetaan ympyränmuotoisten kierrosten tasoon keskelle (kuva 6). Tässä tapauksessa, jos keloissa ei ole virtaa, magneettineula näyttää Maan magneettikentän induktion vaakakomponentin B G suunnan. Jos kytket virran pyöreään johtimeen, sen luoman kentän induktiovektori B on kohtisuorassa B G:n suhteen. Tangenttigalvanometrin magneettinen neula kääntyy tietyn kulman α läpi ja asettuu suuntaan tuloksena olevasta kenttäinduktiosta (kuva 6 ja kuva 7). Magneettisen neulan taipuman kulman α tangentti määritetään kaavalla 5 tgα = Yhtälöistä (5) ja (7) saadaan BГ = B . BG (7) μo μ I . 2 R tgα Magneetti-induktion lisäämiseen tarkoitetussa laboratorioasennuksessa pyöreä johdin koostuu N kierrosta, mikä magneettisen vaikutuksen mukaan vastaa virranvoimakkuuden kasvua N-kertaisesti. Siksi laskentakaava maan magneettikentän induktion SH:n vaakakomponentin määrittämiseksi on muotoa μ μIN BG = o . (8) 2 R tgα Instrumentit ja tarvikkeet: laboratorioteline. TYÖN SUORITUSJÄRJESTYS Työn laajuuden ja kokeen suorittamisen ehdot määrää opettaja tai yksittäisen tehtävän muunnelma. Maan magneettikentän SH:n vaakakomponentin mittaus 1. Varmista laitteen runkoa kääntämällä, että magneettineula on kelojen tasossa. Tässä tapauksessa tangentin galvanometrin kierrosten taso osuu yhteen maan magneettisen meridiaanin tason kanssa. 2. Käännä potentiometri R äärivasemmalle. Aseta K (verkko) -näppäin Päällä-asentoon. Kytkin P asetetaan johonkin ääriasennosta (kytkimen P keskiasennossa kiertopiiri on auki). 3. Aseta virran I ensimmäinen asetusarvo (esim. 0,05 A) kääntämällä potentiometriä R ja määritä osoittimen poikkeaman kulma α1 alkuasennosta. 6 4. Muuta virran suuntaa kääntämällä kytkin P toiseen ääriasentoon. Määritä uuden nuolen taipuman kulma α 2. Virran suunnan muuttaminen antaa sinun päästä eroon virheestä, joka johtuu kierrosten tason epätarkista yhteensattumisesta magneettisen meridiaanin tason kanssa. Syötä mittaustulokset taulukkoon. 1. Taulukko 1 Mittausnumero I, A α1 , deg. α2, aste. α , aste B G, T 1 2 3 4 5 Laske α:n keskiarvo kaavalla α + α2 α = 1 . 2 5. Kohdissa 3 ja 4 ilmoitetut mittaukset suoritetaan neljällä eri virran arvolla alueella 0,1 - 0,5 A. 6. Laske jokaiselle virran arvolle kaavan (8) mukaisesti induktion vaakasuora komponentti B Г maan magneettikenttä. Korvaa kaavan keskiarvo α. Pyöreän johtimen säde R = 0,14 m; kierrosten lukumäärä N on ilmoitettu asennuksessa. Ilman magneettista permeabiliteettia μ voidaan pitää suunnilleen yhtä suurena kuin yksikkö. 7. Laske maan magneettikentän induktion vaakakomponentin B G keskiarvo. Vertaa sitä taulukon arvoon B Gtabl = 2 ⋅ 10 −5 T. 8. Laske yhdelle virranvoimakkuuden arvoista virhe Δ B G = ε ⋅ B G ja kirjoita tuloksena oleva luottamusväli B G = (B G ± ΔB G) Tl. Suhteellinen virhe suuren B mittauksessa Г ε = ε I 2 + ε R 2 + εα 2 . Laske suhteelliset osittaiset virheet käyttämällä kaavoja 2Δ α ΔI ΔR ; eR = ; εα = εI = , I R sin 2 α jossa Δ α on kulman α absoluuttinen virhe radiaaneina ilmaistuna (muuntaaksesi kulman α radiaaneiksi, kerro sen arvo asteina π:llä ja jaa luvulla 180). 9. Kirjoita johtopäätös, jossa - vertaa mitattua arvoa B G taulukon arvoon; – kirjoita muistiin tuloksena saatu luottamusväli arvolle B G; 7 - osoita mikä suureiden mittaus vaikutti pääasiallisesti B G:n arvon virheeseen. Magneettisen induktion riippuvuuden tutkiminen johtimen virranvoimakkuudesta 10. Suorita tämä tehtävä suorittamalla vaiheet 1-5. Tallenna mittaustulokset taulukossa. 2. Taulukko 2 Mittausnumero I, A α1, aste. α2, aste. α , deg Vexp, T Vtheor, T 1 2 3 4 5 11. Käyttäen arvon B Гtabl = 2 ⋅ 10 −5 T taulukkoarvoa kullekin virranvoimakkuuden arvolle kaavan (7) avulla laske kokeellinen arvo kelojen luoman magneettikentän induktion arvo Vexp . Korvaa kaavan keskiarvo α. Syötä tulokset taulukkoon. 2. 12. Käytä kullekin virran arvolle kaavaa μ μI N (9) Btheor = o 2R laskeaksesi kierrosten synnyttämän magneettikentän induktion teoreettisen arvon. Pyöreän johtimen säde R = 0,14 m; kierrosten lukumäärä N on ilmoitettu asennuksessa. Ilman magneettista permeabiliteettia μ voidaan pitää suunnilleen yhtä suurena kuin yksikkö. Syötä tulokset taulukkoon. 2. 13. Piirrä koordinaattijärjestelmä: abskissa-akseli on virran voimakkuus I käännöksissä, ordinaatta-akseli on magneettinen induktio B, jossa rakenna Vexp:n riippuvuus virranvoimakkuudesta I käännöksissä. Älä yhdistä saatuja koepisteitä viivalla. 14. Kuvaa samalla kuvaajalla Vteorin riippuvuus I:stä vetämällä suora viiva Vteorin pisteiden läpi. 15. Arvioi saatujen kokeellisten ja teoreettisten riippuvuuksien B(I) yhtäpitävyys. Mainitse mahdolliset syyt niiden ristiriitaisuuteen. 16. Kirjoita johtopäätös, jossa osoita, vahvistaako koe lineaarisen riippuvuuden B(I); – osuvatko kelojen synnyttämän magneettikentän induktion kokeelliset arvot teoreettisiin arvoihin; ilmoittaa mahdolliset syyt eroon. 17. Tangenttigalvanometrin kompassi voi liikkua kohtisuorassa kierrosten tasoon nähden. Mittaamalla magneettineulan taipumakulmat α eri etäisyyksillä h kierrosten keskipisteestä vakiovirtavoimakkuudella I kierroksissa ja tietäen B G:n arvon, voidaan varmistaa teoreettisen kaavan (6) oikeellisuus. 8 OHJAUSKYSYMYKSIÄ 1. Laajenna käsitteitä magneettikenttä, magneettinen induktio. 2. Mikä on Biot-Savart-Laplacen laki? 3. Miten suunta ja mistä arvoista riippuu pyöreän virtaa kuljettavan johtimen keskellä oleva magneettinen induktio? 4. Mikä on magneettikenttien superpositioperiaate? Miten sitä käytetään tässä työssä? 5. Kuinka magneettinen neula asennetaan a) kun tangenttigalvanometrin kierroksissa ei ole virtaa; b) milloin virta kulkee kierrosten läpi? 6. Miksi magneettineulan asento muuttuu, kun virran suunta käännöksissä muuttuu? 7. Miten tangenttigalvanometrin magneettineula asennetaan, jos asennus on suojattu maan magneettikentältä? 8. Mihin tarkoitukseen tangenttigalvanometrissä ei käytetä yhtä, vaan useita kymmeniä kierroksia? 9. Miksi kokeita suoritettaessa tangenttigalvanometrin kierrosten tason on oltava sama kuin Maan magneettisen meridiaanin taso? 10. Miksi magneettineulan pitäisi olla paljon pienempi kuin kierrosten säde? 11. Miksi kokeiden suorittaminen kahdella vastakkaisella virransuunnalla käännöksissä lisää mittauksen B G tarkkuutta? Mikä kokeellinen virhe eliminoituu tässä tapauksessa? Viitteet 1. Trofimova, T.I. Fysiikan kurssi. 2000. § 109, 110. 12 Laboratoriotyö nro 5.2 (26) MAGNEETTISEN INDUKTIOIDEN MÄÄRITTÄMINEN Työn tarkoitus: Ampèren lain tutkiminen ja todentaminen; tutkimus sähkömagneetin magneettikentän induktion riippuvuudesta sen käämityksen virran voimakkuudesta. TEOREETTINEN MINIMI Magneettikenttä (katso s. 4) Magneettinen induktio (katso s. 4) Ampèren laki Johtimen, jonka virta on I, joka sijaitsee magneettikentässä, jossa on induktio B, jokaiseen elementtiin dl vaikuttaa voima dF = I dl × B. (1) Vektorin dF suunta määräytyy ristitulosäännöllä: vektorit dl , B ja dF muodostavat vektoreiden oikean kolmion (kuva 1). Vektori dF on kohtisuorassa vektorit dl ja B sisältävään tasoon nähden. Ampeerivoiman dF suunta voidaan määrittää vasemman käden säännöllä: jos magneettinen induktiovektori tulee kämmenelle ja ojennetut neljä sormea ​​sijaitsevat johtimessa olevan virran suunnassa, niin 90 ° taivutettu peukalo näyttää tähän johtimen elementtiin vaikuttavan ampeerivoiman suunta. Ampèren voimamoduuli lasketaan kaavalla dF = I B sin α ⋅ dl , missä α on vektorien B ja dl välinen kulma. (2) 13 KOKEELLINEN TEKNIIKKA Työssä oleva ampère-voima määritetään painojen avulla (kuva 2). Tasapainopalkkiin on ripustettu johdin, jonka läpi virtaa virta I. Mitatun voiman lisäämiseksi johdin tehdään suorakaiteen muotoiseksi rungoksi 1, jossa on N kierrosta. Kehyksen alapuoli sijaitsee sähkömagneetin 2 napojen välissä, mikä luo magneettikentän. Sähkömagneetti kytketään tasavirtalähteeseen, jonka jännite on 12 V. Sähkömagneettipiirin virtaa I EM säädetään reostaatilla R 1 ja mitataan ampeerimittarilla A1. Lähteestä tuleva jännite kytketään sähkömagneettiin vaakakotelossa olevien liittimien 4 kautta. Kehyksessä oleva virta I syntyy 12 V DC -lähteestä, mitattuna ampeerimittarilla A2 ja säädeltynä reostaatilla R2. Jännite syötetään runkoon vaakakotelon liittimien 5 kautta. Kehyksen johtimien läpi, jotka sijaitsevat sähkömagneetin napojen välissä, virta kulkee yhteen suuntaan. Siksi Ampère-voima vaikuttaa rungon alapuolelle F = I lBN , (3) missä l on rungon alapinnan pituus; B - magneettikentän induktio sähkömagneetin napojen välillä. Jos kehyksessä virran suunta valitaan siten, että ampeerivoima suuntautuu pystysuunnassa alaspäin, niin sitä voidaan tasapainottaa vaa'an astiaan 3 asetettujen painojen painovoimalla. Jos painojen massa on m, niin niiden painovoima on mg ja kaavan (4) mukaan magneettinen induktio mg . (4) B= IlN Instrumentit ja lisävarusteet: laite ampeerivoiman ja magneettikentän induktion mittaamiseen; painot asetettu. 14 TYÖN SUORITUSJÄRJESTYS Työn laajuuden ja kokeen suorittamisen ehdot määrää opettaja tai yksittäisen tehtävän muunnelma. 1. Varmista, että asennuksen sähköpiiri on koottu oikein. Reostaatteihin R 1 ja R 2 on syötettävä suurin vastus. 2. Ennen mittausten aloittamista vaaka on tasapainotettava. Punnitusastiaan pääsee vain sivuluukun kautta. Vaaka vapautetaan (poistetaan häkistä) kääntämällä kahva 6 AUKI-asentoon (kuva 1). Käsittele vaakaa varovasti, käännä mittausten päätyttyä nuppi 6 KIINNI-asentoon. 3. Asennuksen liittäminen verkkoon tekee opettaja. 4. Täytä taulukko. 1 sähköisten mittauslaitteiden ominaisuudet. Taulukko 1 Laitteen nimi Laitejärjestelmä Mittausraja Ampeerimittari virran mittaamiseen kehyksessä Ampeerimittari virran mittaamiseen sähkömagneetissa = 0,5 g). Aseta reostaattia R 1 käyttämällä sähkömagneettipiirin virta haluttuun arvoon (esimerkiksi I EM \u003d 0,2 A). 6. Vapauta vaaka ja valitse reostaatilla R 2 sellainen virta I kehyksestä, jotta vaaka tasapainottuu. Saadut tulokset on kirjattu taulukkoon 2. Taulukko 2 Mittausnumero I EM, A t, g I, A F, N 1 2 3 4 5 7. Suorita samalla I EM:n arvolla neljä kappaleessa 5 mainittua mittausta joka kerta lisäämällä painojen massaa noin 0,2 15 8. Laske jokaiselle kokeelle ampeerivoima, joka on yhtä suuri kuin painojen painovoima F = mg. 9. Piirrä F suhteessa virtaan I johtimessa, piirrä arvot I-abskissa-akselia pitkin. Tämä riippuvuus saatiin tietyllä sähkömagneettivirran I EM vakioarvolla, joten myös magneettisen induktion suuruus on vakio. Näin ollen saadun tuloksen perusteella voimme päätellä, että Amperen laki on toteutettavissa suhteessa Ampèren voiman suhteeseen johtimen virranvoimakkuuteen: F ~ I . Magneettisen induktion riippuvuuden määrittäminen sähkömagneetin virrasta 10. Aseta vaaka-astiaan tietyn massan kuorma (esim. m = 1 g). Valitse viidellä eri sähkömagneettivirran I EM arvolla (esimerkiksi 0,2 - 0,5 A) kehyspiirissä sellaiset virrat I, jotka tasapainottavat tasapainoa. Kirjaa tulokset taulukkoon. 3. Taulukko 3 Mittausmäärä m, g I EM, A I, A B, T 1 2 3 4 5 11. Laske kaavan (5) avulla magneettisen induktion B arvot kussakin kokeessa. Arvot l ja N on merkitty asennukseen. Piirrä V:n riippuvuus sähkömagneettivirrasta ja piirrä I EM:n arvot x-akselia pitkin. 12. Määritä yhden kokeen virhe Δ B. Laske suhteelliset osavirheet kaavoilla Δl ΔI εl = ; εI = ; ε m = 10-3. l I Kirjaa saatu luottamusväli raporttiin. Keskustele johtopäätöksissä: – mitä Ampèren lain testi osoitti, täyttyykö se? millä perusteella johtopäätös tehdään; - kuinka sähkömagneetin magneettinen induktio riippuu sen käämityksen virrasta; - säilyykö tällainen riippuvuus I EM:n lisääntyessä edelleen (ottaa huomioon, että magneettikenttä johtuu rautasydämen magnetoitumisesta). 16 OHJAUSKYSYMYKSIÄ 1. Mikä on Ampèren laki? Mikä on Amperen voiman suunta? Kuinka se riippuu johtimen sijainnista magneettikentässä? 2. Miten työssä syntyy tasainen magneettikenttä? Mikä on magneettisen induktiovektorin suunta? 3. Miksi tässä työssä pitäisi kulkea tasavirta kehyksessä? Mihin vaihtovirran käyttö johtaa? 4. Miksi työssä käytetään useista kymmenistä kierroksista koostuvaa kehystä? 5. Miksi on välttämätöntä valita tietty virran suunta silmukassa laitteiston normaalia toimintaa varten? Mikä muuttaa virran suuntaa? Kuinka voit muuttaa virran suuntaa silmukassa? 6. Mikä muuttaa sähkömagneettikäämin virran suuntaa? 7. Millä ehdolla työssä saavutetaan painojen tasapaino? 8. Mitä Ampèren lain seurausta tässä artikkelissa testataan? Viitteet 1. Trofimova T.I. Fysiikan kurssi. 2000. § 109, 111, 112. 17 Laboratoriotyö nro 5.3 (27) ELEKTRONIN ERITYISEN VARAUKSEN MÄÄRITTÄMINEN KATONISÄKKIPUTKEN AVULLA Työn tarkoitus: latauksen liikkeenlaskennan tutkiminen hiukkaset sähkö- ja magneettikentissä; elektronin nopeuden ja ominaisvarauksen määrittäminen. TEOREETTINEN MINIMI Lorentz-voima Varaukseen q, joka liikkuu nopeudella v sähkömagneettisessa kentässä, vaikuttaa Lorentzin voima F l = qE + q v B , (1) missä E on sähkökentän voimakkuus; B - magneettikentän induktio. Lorentzin voima voidaan esittää sähköisten ja magneettisten komponenttien summana: F l \u003d Fe + F m. Lorentz-voiman sähkökomponentti F e \u003d qE (2) ei riipu varauksen nopeudesta. Sähkökomponentin suunta määräytyy varauksen etumerkillä: kun q > 0, vektorit E ja Fe suunnataan samalla tavalla; kohdassa q< 0 – противоположно. Магнитная составляющая силы Лоренца Fм = q v B (3) зависит от скорости движения заряда. Модуль магнитной составляющей определяется по формуле (4) F м = qvB sin α , где α - угол между векторами v и B . Направление магнитной составляющей определяется правилом векторного произведения и знаком заряда: для положительного заряда (q >0) vektorien oikea tripletti muodostuu vektoreista v , B ja Fm (kuva 1) negatiiviselle varaukselle (q)< 0) – векторы v , B и − F м. Направление магнитной составляющей силы Лоренца можно определить и с помощью правила левой руки. Правило левой руки: расположите ладонь левой руки так, чтобы в нее входил вектор B , а четыре пальца направьте вдоль вектора v , тогда отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Fм, действующей на положительный заряд. В случае отрицательного заряда направление вектора Fм противоположно. В любом случае вектор Fм перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы v и B . Движение заряженных частиц в магнитном поле Если частица движется вдоль линии магнитной индукции (α = 0 или α = π), то sin α = 0 . Тогда согласно выражению (4) F м = 0 . В этом случае магнитное поле не влияет на движение заряженной частицы (рис. 2). Если заряженная частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции (α = π 2) , то sin α = 1 . Тогда согласно (4) Fм = qvB . Так как вектор этой силы всегда перпендикулярен вектору скорости v частицы, то сила Fм создает только нормальное (центростремительное) ускорение v2 an = , при этом скорость заряженной частицы изменяется только по наr правлению, не изменяясь по модулю. Частица в этом случае равномерно движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции (рис. 3). Если вектор скорости v заряженной частицы составляет с вектором B угол α , то магнитная составляющая силы Лоренца будет определяться согласно (3), а модуль согласно выражению (4). В этом случае частица участвует одновременно в двух движениях: поступательном с постоянной скоростью v || и равномерном вращении по окружности со скоростью v ⊥ . В результате траектория заряженной частицы имеет форму винтовой линии (рис. 4). 19 Удельный заряд частицы Удельный заряд частицы – это отношение заряда q частицы к ее массе q m. Величина – важная характеристика заряженной частицы. Для электрона m q e Кл = = 1,78 ⋅ 1011 . m me кг МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В работе изучается движение электронов в однородных электрическом и магнитном полях. Источником электронов является электронная пушка 1 электроннолучевой трубки осциллографа (рис. 5). Электрическое поле создается между парой вертикально отклоняющих пластин 2 электроннолучевой трубки при подаче на них напряжения U. (Горизонтально отклоняющие пластины 3 в работе не используются.) Напряженность E электрического поля направлена вертикально. Магнитное поле создается двумя катушками 4, симметрично расположенными вне электроннолучевой трубки, при пропускании по ним электрического тока. Вектор магнитной индукции B направлен горизонтально и перпендикулярно оси трубки. В отсутствии электрического и магнитного полей электроны движутся вдоль оси трубки с начальной скоростью v o , при этом светящееся пятно на- 20 ходится в центре экрана. При подаче напряжения U на пластины 2 между ними создается электрическое поле, напряженность которого E перпендикулярно вектору начальной скорости электронов. В результате пятно смещается. Величину y этого смещения можно измерить, воспользовавшись шкалой на экране осциллографа. Однако в электрическом поле на электрон действует согласно (2) электрическая составляющая силы Лоренца FЭ = eE , (5) где е – заряд электрона. Заряд электрона отрицательный (е < 0), поэтому сила FЭ направлена противоположно полю. Эта сила сообщает электрону ускорение a y в направлении оси Y, не влияя на величину скорости электрона вдоль оси X: v x = v 0 . Из основного закона динамики поступательного движения eE FЭ = ma y и (5) a y = , где m – масса электрона. В результате, пролетая m l область электрического поля за время t = 1 , где l1 – длина пластин, электрон vo смещается по оси Y на расстояние a y t 2 eE l12 y1 = = . 2 2mvo2 После вылета из поля электрон летит прямолинейно под некоторым v y a y t eE l1 = = . углом α к оси Х, причем согласно рисунку tgα = v x v o mvo2 21 Окончательно смещение пятна от центра экрана (рис. 2) в электрическом поле равно y = y1 + y 2 , где eE l 1 ⎛ l 1 ⎞ ⎜⎜ + l 2 ⎟⎟ . (6) y = y1 + l 2tgα = mvo2 ⎝ 2 ⎠ Если по катушкам 4 (рис. 5) пропустить электрический ток, то на пути электронов возникнет магнитное поле. Изменяя силу тока I в катушках, можно подобрать такую величину и направление магнитной индукции B , что магнитная составляющая силы Лоренца FМ скомпенсирует электрическую составляющую FЭ. В этом случае пятно снова окажется в центре экрана. Это будет при условии равенства нулю силы Лоренца eE + e v o B = 0 или E + v o B = 0 . Как видно из рис. 7, это условие выполняется, если вектор магнитной индукции B перпендикулярен векторам E и v o , что реализовано в установке. Из этого условия можно определить скорость электронов E (7) vo = . B Поскольку практически измеряется напряжение U, приложенное к пластинам, и расстояние d между ними, то пренебрегая краевыми эффектами можно считать, что E = [ U d ] , тогда U . (8) Bd Измеряя смещение у электронного пучка, вызванное электрическим полем Е, а затем подбирая такое магнитное поле В, чтобы смещение стало равным нулю, можно из уравнений (6) и (8) определить удельный заряд электрона yU e . (9) = m ⎛ l1 ⎞ 2 B dl 1 ⎜ + l 2 ⎟ ⎝2 ⎠ Схема установки показана на рис. 8. Электроннолучевая трубка расположена в корпусе осциллографа 1, на передней панели которого находится экран трубки 2 и две пары клемм. Клеммы ПЛАСТИНЫ соединены с вертикально отклоняющими пластинами трубки. Клеммы КАТУШКИ соединены с катушками 4 электромагнита, создающего магнитное поле. (Расположение катушек видно через прозрачную боковую стенку осциллографа.) Выпрямитель 5 и блок 6 служат для создания, регулировки и измерения постоянного напряжения на управляющих пластинах трубки и постоянного тока через катушки электромагнита. Переключатель K1 позволяет изменить полярность vo = 22 напряжения на пластинах, а переключатель K 2 – направление тока через катушки электромагнита. Параметры установки: d = 7,0 мм; l1 = 25,0 мм; l 2 = 250 мм. Приборы и принадлежности: осциллограф с электроннолучевой трубкой; выпрямитель; блок коммутации с электроизмерительными приборами. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Заполните табл. 1 характеристик электроизмерительных приборов. Таблица 1 Наименование прибора Вольтметр Миллиамперметр Система прибора Предел измерения Цена Класс Приборная деления точности погрешность ΔU пр ΔI пр 2. Тумблером 3 (рис. 8) включите осциллограф. Ручками ЯРКОСТЬ и ФОКУС, расположенными на верхней панели осциллографа, добейтесь четкости пятна на экране. Ручкой ↔ установите пятно в центр экрана. 3. Тумблером К включите выпрямитель. Ручками П 1 и П 2 установите нулевые показания вольтметра и миллиамперметра. 4. Условия проведения эксперимента (значения напряжения U на пластинах) задаются преподавателем или вариант индивидуального занятия. 23 5. Ручкой П 1 установите нужное напряжение на пластинах и измерьте смещение у луча от центра экрана. Результат измерения в зависимости от направления смещения («вверх» или «вниз») запишите в табл.2. Таблица 2 U, В y y вверх, вниз, мм мм у, мм I1, А I2, А I , А В, Тл vo , м/с e/m, Кл/кг 6. С помощью ручки П 2 и переключателя K 2 подберите такой ток I1 в катушках, чтобы пятно вернулось в центр экрана. Значение силы тока запишите в табл. 2. 7. Измерения, указанные в пункте 5 и 6, проведите при двух других значениях напряжения U . 8. Тумблером K 1 измените полярность напряжения на пластинах и повторите измерения, указанные в пунктах 5, 6 и 7. 9. По приложенному к установке градуировочному графику электромагнита и по среднему значению силы тока I в каждом испытании определите значения магнитной индукции В и занесите их в табл. 2. 10. По формуле (8) рассчитайте скорость электронов в каждом опыте и среднее значение v o по всем испытаниям. 11. Используя формулу eU a = m vo 2 2 , рассчитайте анодное напряжение в электронной пушке. 12. По формуле (9) рассчитайте значение удельного заряда электрона в e по всем испытаниям. каждом опыте и среднее значение m 13. По результатам одного из опытов рассчитайте абсолютную погрешность удельного заряда электрона Δ me = ε e me . Здесь ε = ε y2 + εU2 + ε B2 + ε d2 + ε l21 + ε l22 . Относительные частные погрешности рассчитайте по формулам Δy ΔU 2ΔB Δd Δ l (l +l) Δl εy = ; εU = ; εB = ; εd = ; ε l1 = 1l 1 2 ; ε l 2 = l 2 . ⎞ ⎛ 1 +l y U B d l1 ⎜ 1 +l 2 ⎟ 2 ⎝2 ⎠ 2 В качестве Δу используйте приборную погрешность шкалы на экране осциллографа, в качестве ΔU – приборную погрешность вольтметра. Погрешность ΔВ определяется по градуировочному графику по величине ΔI пр. Запишите в отчет полученный доверительный интервал величины e m . 24 15. В выводах – укажите, что наблюдалось в работе; e ; согласие считается хоро– сравнить полученное и табличное значения m шим, если табличное значение попадает в найденный доверительный интервал; – указать, измерение какой величины внесло основной вклад в погрешe . ность величины m КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Сила Лоренца. Направление ее составляющих. 2. Зависит ли от знака заряда сила, действующая на него со стороны: а) электрического поля; б) магнитного поля? 3. Зависит ли от скорости и направления движения заряда сила, действующая на него: а) в электрическом поле; б) в магнитном поле? 4. Как движется электрон: а) в поле между пластинами; б) слева от пластин; в) справа от пластин? 5. Отличается ли скорость электрона до и после пластин? 6. Как изменится смещение пятна на экране, если а) скорость электронов увеличить вдвое; б) анодное напряжение увеличить вдвое? 7. Изменяется ли при движении заряда в однородном магнитном поле: а) направление скорости; б) величина скорости? 8. Каким должно быть взаимное расположение однородных электрического и магнитного полей, чтобы электрон мог двигаться в них с постоянной скоростью? При каком условии возможно такое движение? 9. Какую роль в электронной пушке играют катод, модулятор, аноды? 10. Какую роль в электроннолучевой трубке играют: а) электронная пушка; б) отклоняющие пластины; в) экран? 11. Как в установке создаются однородные поля: а) электрическое; б) магнитное? 12. Как изменяется смешение пятна на экране при изменении направления тока в катушках? Библиографический список 1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 114, 115. 25 Лабораторная работа № 4 (28) ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ИНДИКАТОРНОЙ ЛАМПЫ Цель работы: изучение закономерностей движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях; определение удельного заряда электрона. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ Магнитная индукция (смотрите с. 4) Сила Лоренца (смотрите с. 17) Движение заряженных частиц в магнитном поле (смотрите с. 18) Удельный заряд электрона (смотрите с. 19) МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В работе удельный заряд me электрона определяется путем наблюдения движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Электрическое поле создается в пространстве между анодом и катодом вакуумной электронной лампы. Катод К расположен по оси цилиндрического анода А (рис.1), между ними приложено анодное напряжение U a . На рис. 2 показано сечение лампы плоскостью XOY . Как видим, напряженность электричеr ского поля E имеет радиальное направление. Лампа расположена в центре соленоида (катушки), создающего однородное магнитное поле, вектор индукции r B которого параллелен оси лампы. На электроны, выходящие из катода благодаря термоэлектронной эмиссии, со стороны электрического поля действует электрическая составляющая r r силы Лоренца FЭ = eE , которая ускоряет электроны к аноду. Со стороны магr r r нитного поля действует магнитная составляющая силы Лоренца FM = e , r которая направлена перпендикулярно скорости v электрона (рис. 2), поэтому его траектория искривляется. 26 На рис. 3 показаны траектории электронов в лампе при различных значениях индукции В магнитного поля. В отсутствии магнитного поля (В = 0) траектория электрона прямолинейна и направлена вдоль радиуса. При слабом поле траектория несколько искривляется. При некотором значении индукции B = B 0 траектория искривляется настолько, что касается анода. При достаточно сильном поле (B > B 0), elektroni ei osu anodiin ollenkaan ja palaa katodille. Tapauksessa B = B 0 voidaan olettaa, että elektroni liikkuu ympyrää pitkin, jonka säde on r = ra / 2, missä ra on anodin säde. Voima FM = evB saa aikaan normaalin (keskipetaalisen) kiihtyvyyden, joten translaatioliikkeen dynamiikan peruslain mukaan mv 2 (1) = evB . r Elektronin nopeus saadaan ehdosta, että elektronin liike-energia on yhtä suuri kuin sähkökenttävoimien työ elektronin tiellä katodista anodille mv 2 = eU a , josta 2 v = 2eU a. m (2) 27 Kun tämä nopeuden v arvo korvataan yhtälöllä (1) ja otetaan huomioon, että r = ra / 2 , saadaan lauseke elektronin ominaisvaraukselle 8U e = 2 a2 . m B o ra Kaava (3) mahdollistaa arvon (3) e m laskemisen, jos anodijännitteen U a tietyllä arvolla löydetään sellainen magneettisen induktion Bo arvo, jossa elektronin liikerata koskettaa anodin pintaa . Elektronin liikeradan tarkkailuun käytetään merkkilamppua (kuva 4). Katodi K sijaitsee sylinterimäisen anodin A akselilla. Katodia lämmitetään filamentilla. Katodin ja anodin välissä on suojus E, joka on kartiomaisen pinnan muotoinen. Näyttö on peitetty fosforikerroksella, joka hehkuu elektronien osuessa siihen. Rinnakkain lampun akselin kanssa, lähellä katodia, on ohut lanka - antennit Y, kytketty anodiin. Viiksen läheltä kulkevat elektronit vangitsevat sen, joten näytölle muodostuu varjo (kuva 5). Varjon raja vastaa lampussa olevien elektronien liikerataa. Lamppu sijoitetaan solenoidin keskelle, jolloin syntyy magneettikenttä, jonka induktiovektori r B on suunnattu lampun akselia pitkin. Solenoidi 1 ja lamppu 2 on asennettu telineeseen (kuva 6). Paneelissa sijaitsevat liittimet on kytketty solenoidin käämiin, katodilangaan, lampun katodiin ja anodiin. Solenoidi saa virran tasasuuntaajalta 3. Anodijännitteen ja katodin lämmitysjännitteen lähde on tasasuuntaaja 4. Solenoidin virta mitataan ampeerimittarilla A, anodijännite U a mitataan volttimittarilla V. kytkimellä P voit muuttaa virran suuntaa solenoidin käämissä. 28 Magneettinen induktio solenoidin keskellä ja siksi merkkivalon sisällä määräytyy suhteella μo I N , (4) B= 2 2 4R + l missä μ0 = 1,26·10 – 6 H/m on magneettivakio ; I - virran voimakkuus solenoidissa; N on kierrosten lukumäärä, R on säde, l on solenoidin pituus. Kun tämä arvo B korvataan lausekkeella (3), saadaan kaava elektronin ominaisvarauksen määrittämiseksi 8U a (4R 2 + l 2), = m μo2 I o2 N 2ra2 (5) missä I o on solenoidin virta, jolla elektronin liikerata koskettaa näytön ulkoreunaa. Ottaen huomioon, että Ua ja I0 on käytännössä mitattu ja arvot N, R, l, ra ovat asennusparametreja, kaavasta (5) saadaan laskentakaava elektronin ominaisvarauksen määrittämiseksi U e (6) = A ⋅ 2a , m Io jossa A - asennusvakio A= (8 4R 2 + l 2 μo2 N 2ra2). (7) 29 Instrumentit ja tarvikkeet: laboratorioteline, jossa merkkilamppu, solenoidi, ampeerimittari ja volttimittari; kaksi tasasuuntaajaa. TYÖN SUORITUSJÄRJESTYS 1. Täytä välilehti. 1 ampeerimittarin ja volttimittarin ominaisuudet. Taulukko 1 Nimi Laiteinstrumenttijärjestelmä Volttimittari Mittausraja Jakoarvo Tarkkuusluokka ΔI pr Ampeerimittari 2. 3. 4. Laitevirhe ΔU pr Tarkista johtimien oikea kytkentä kuvan 1 mukaisesti. 6. Siirrä tasasuuntaajien säätönupit äärimmäiseen vasempaan asentoon. Kirjoita raporttiin asennuksessa ilmoitetut parametrit: kierrosten lukumäärä N, pituus l ja solenoidin säde R. Anodin säde ra = 1,2 cm Merkitse taulukkoon. 2 opettajan antamat U a:n arvon mittaustulokset tai muunnelma yksittäisestä tehtävästä. Taulukko 2 Mittausmäärä Ua , V I o1 , А I o2 , А Io , А em , C/kg 1 2 3 5. tasasuuntaajan säätönuppi 4 vaadittu jännitearvo U a . Samalla lampun näyttö alkaa hehkua. Lisää asteittain solenoidin virtaa I tasasuuntaajan säätönupin 3 avulla ja tarkkaile elektronin liikeradan kaarevuutta. Valitse ja kirjoita taulukkoon. 2 on sen virran I o1 arvo, jolla elektronin liikerata koskettaa näytön ulkoreunaa. 30 7. 8. 9. Pienennä solenoidivirta nollaan. Siirrä kytkin P toiseen asentoon ja muuta siten solenoidin virran suuntaa päinvastaiseksi. Valitse ja kirjoita taulukkoon. 2 on sen virran I o 2 arvo, jolla elektronin liikerata koskettaa jälleen näytön ulkoreunaa. Kohdissa 5-7 ilmoitetut mittaukset suoritetaan kahdella muulla anodijännitteen U a arvolla. Laske jokaiselle anodijännitteen arvolle ja kirjaa se taulukkoon. 2 keskimääräistä virta-arvoa I o = (I o1 + I o 2) / 2. 10. Laske kaavan (7) mukaan asennuksen vakio A ja kirjoita tulos raporttiin. 11. Käyttäen A:n arvoa ja I o :n keskiarvoa, laske kaavan (6) e mukaisesti jokaiselle U a:n arvolle. Laskentatulokset kirjoittamiselle taulukkoon. 2. i. + e 2ra + e 12 + e 2R, ΔU a 2ΔI o 2Δra 2lΔl 8RΔR, ε ra = , ε Io =, εl = , . ε = R Io Ua ra 4R 2 + l 2 4R 2 + l 2 Tässä ΔU a on volttimittarin instrumentaalinen virhe. Valitse virranvoimakkuuden ΔIo virheeksi suurin kahdesta virheestä: satunnainen εU a \u003d virhe ΔI 0sl \u003d I o1 - I o 2 2 ja ampeerimittarin instrumentaalivirhe ΔI pr (katso instrumenttitaulukko ominaisuudet). Virheet Δra , Δl , ΔR määritellään numeerisesti annettujen arvojen virheiksi. 14. Lopullinen tulos elektronin ominaisvarauksen määrittämisestä, kirjoita e e sew luottamusvälin muodossa: = ±Δ. m m m 31 15. Kirjoita työn johtopäätöksiin: - mitä työssä tutkittiin; - kuinka elektronin liikeradan kaarevuussäde riippuu (laadullisesti) magneettikentän suuruudesta; - miten ja miksi virran suunta solenoidissa vaikuttaa elektronien liikeradalle; - mikä tulos on saatu; - mahtuuko elektronin ominaisvarauksen taulukkoarvo saatuun luottamusväliin; - sen arvon mittausvirhe, joka on vaikuttanut pääasiallisesti elektronin ominaisvarauksen mittausvirheeseen. OHJAUSKYSYMYKSET Mikä määrittää ja miten ne suunnataan: a) Lorentzin voiman sähkökomponentti; b) Lorentzin voiman magneettinen komponentti? 2. Miten ne suunnataan ja miten niiden suuruus muuttuu merkkilampussa: a) sähkökenttä; b) magneettikenttä? 3. Kuinka elektronien nopeus lampussa muuttuu suuruuden mukaan katodin etäisyyden mukaan? Vaikuttaako magneettikenttä nopeuteen? 4. Mikä on elektronien liikerata lampussa, jossa on magneettiinduktio: a) B = 0; b) B = Bo; c) B< Bo ; г) B >Bo? 5. Mikä on elektronien kiihtyvyys anodin lähellä ja miten se kohdistuu magneettiseen induktioon B = Bo ? 6. Mikä rooli niillä on merkkivalossa: a) näyttö; b) lankaviiksi? 7. Miksi lampun näytön kirkkaus kasvaa anodin jännitteen U a kasvaessa? 8. Miten lampussa syntyy: a) sähkökenttä; b) magneettikenttä? 9. Mikä rooli solenoidilla on tässä työssä? Miksi solenoidissa pitäisi olla riittävän suuri määrä kierroksia (useita satoja)? 10. Tekeekö työtä: a) sähkö; b) Lorentzin voiman magneettinen komponentti? 1. Bibliografinen luettelo 1. Trofimova T.I. Course of Physics, 2000, § 114, 115. 32 Laboratoriotyö nro 5.5 (29) FERROMAGNETIN MAGNEETTISTEN OMINAISUUKSIEN TUTKIMUS Työn tarkoitus: aineen magneettisten ominaisuuksien tutkimus; ferromagneetin magneettisen hystereesisilmukan määrittäminen. TEOREETTINEN MINIMI Aineen magneettiset ominaisuudet Kaikilla aineilla, kun ne viedään magneettikenttään, on jossain määrin magneettisia ominaisuuksia ja ne jaetaan näiden ominaisuuksien mukaan diamagneeteiksi, paramagneeteiksi ja ferromagneeteiksi. Aineen magneettiset ominaisuudet johtuvat atomien magneettisista momenteista. Jokainen ulkoiseen magneettikenttään sijoitettu aine luo oman magneettikentän, joka on ulkoisen kentän päällä. Tällaisen aineen tilan kvantitatiivinen ominaisuus on magnetisaatio J, joka on yhtä suuri kuin aineen yksikkötilavuuden atomien magneettisten momenttien summa. Magnetoituminen on verrannollinen ulkoisen magneettikentän intensiteettiin H J = χH , (1) missä χ on dimensioton suure, jota kutsutaan magneettiseksi suskeptibiliteettiksi. Aineen magneettisille ominaisuuksille on tunnusomaista χ:n arvon lisäksi myös magneettinen permeabiliteetti μ = χ +1. (2) Magneettinen permeabiliteetti μ sisältyy suhteeseen, joka yhdistää voimakkuuden H ja magneettikentän induktion B aineessa B = μo μ H , (3) jossa μo = 1,26 ⋅10 −6 H/m on magneettivakio . Diamagneettisten atomien magneettinen momentti ulkoisen magneettikentän puuttuessa on nolla. Ulkoisessa magneettikentässä atomien indusoituneet magneettiset momentit suuntautuvat Lenzin säännön mukaan ulkoista kenttää vastaan. Magnetointi J on siis suunnattu samalla tavalla diamagneeteille χ< 0 и μ < 1 . После удаления диамагнетика из поля его намагниченность вследствие теплового движения атомов исчезает. Магнитные моменты атомов парамагнетиков в отсутствии внешнего магнитного поля не равны нулю, но без внешнего поля они ориентированы хаотично. Внешнее магнитное поле приводит к частичной ориентации магнитных моментов по направлению внешнего поля в той степени, насколько это позволяет тепловое движение атомов. Для парамагнетиков 0 < χ << 1 ; величина μ чуть превосходит единицу. При выключении внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетиков исчезает под действием теплового движения. Магнитные моменты атомов ферромагнетиков в пределах малых областей (доменов) самопроизвольно (спонтанно) ориентированы одинаково. В 33 отсутствии внешнего магнитного поля в размагниченном ферромагнетике магнитные моменты доменов ориентированы хаотично. При включении внешнего магнитного поля результирующие магнитные моменты доменов ориентируются по полю, значительно усиливая его. Магнитная восприимчивость χ ферромагнетиков может достигать нескольких тысяч. Магнитный гистерезис Величина намагниченности J ферромагнетика зависит от напряженности Н внешнего поля и от предыстории образца. На рис. 1 приведена зависимость J(H), которая характеризует процесс намагничивания ферромагнетика. В точке 0 ферромагнетик полностью размагничен. По мере увеличения напряженности Н намагниченность J образца увеличивается нелинейно. Участок 0-1 называется основной кривой намагничивания. Уже при сравнительно небольших значениях Н намагниченность стремится к насыщению Jнас, что соответствует ориентации всех магнитных моментов доменов по направлению индукции внешнего поля. Если после достижения Jнас уменьшать напряженность внешнего магнитного поля, то намагниченность будет изменяться по кривой 1-2, расположенной выше основной кривой намагниченности. Когда внешнее поле станет равным нулю, в ферромагнетике сохранится остаточная намагниченность Jост. При противоположном направлении напряженности внешнего поля намагниченность, следуя по кривой 2-3, вначале обратится в ноль, а затем, также изменив направление на противоположное, будет стремиться к насыщению. Значение напряженности Нк, при котором J обращается в ноль, называется коэрцитивной силой. Если продолжить процесс перемагничивания вещества, то получится замкнутая кривая 1-2-3-4-1, которая называется петлей магнитного гистерезиса. По форме петли гистерезиса ферромагнетики разделяются на жесткие и мягкие. Жестким ферромагнетикам соответствует широкая петля и большая коэрцитивная сила (Н К ≥ 10 3 А/м). Такие вещества используются для изготовления постоянных магнитов. Мягким ферромагнетикам присуща узкая петля и небольшое значение коэрцитивной силы (Н К = 1K10 2 А/м). Они используются для изготовления сердечников трансформаторов, электромагнитов, реле. Ферромагнетики в отличие от диамагнетиков и парамагнетиков обладают существенной особенностью: для каждого из таких материалов имеется присущая только им температура, при которой исчезают ферромагнитные свойства. Эта температура называется точкой Кюри. При нагревании материала выше точки Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик. Это 34 объясняется тем, что при высоких температурах доменные образования в ферромагнетике исчезают. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Намагниченность ферромагнитного образца в данной работе измеряется с помощью магнитометрической установки, схема которой показана на рис. 2. Между одинаковыми соленоидами (катушками) 1 на их оси расположен компас 2. По соленоидам протекают одинаковые токи силой I , но в про- тивоположных направлениях. Поэтому вблизи магнитной стрелки компаса соленоиды создают равные, но противоположные по направлению магнитные поля, которые взаимно компенсируются и не вызывают отклонения стрелки. В этом случае стрелка устанавливается в направлении горизонтальной составляющей B Г индукции магнитного поля Земли. Ось соленоидов предварительно ориентируется перпендикулярно вектору B Г. При помещении в один из соленоидов ферромагнитного образца 3 образец намагничивается и создает вблизи стрелки компаса некоторое магнитное поле с индукцией B ⊥ B Г. Стрелка повернется на угол ϕ и установится вдоль результирующего поля B рез = B + B Г. Как следует из рис. 2, (1) B = B Г ⋅ tgϕ . Величина индукции В магнитного поля, создаваемого образцом вблизи стрелки, пропорциональна намагниченности J образца B = kJ , (2) где коэффициент k зависит от формы и размеров образца и его расположения относительно компаса, то есть является постоянной установки. Таким образом, расчетная формула для определения намагниченности B tgϕ . (3) J= Г k 35 Напряженность H магнитного поля соленоида может быть рассчитана по формуле H = nI , (4) где I - сила тока в соленоиде; n - число витков, приходящихся на единицу длины соленоида. Значения k и n указаны на установке. Общий вид установки показан на рис.3. Соленоиды 1, компас 2 и амперметр 3 размещены на подставке 4. С помощью переключателя 5 изменяется направление тока в соленоидах. Соленоиды питаются от выпрямителя 6. Переключателем 9 соленоиды подключаются к постоянному или к переменному напряжению. Приборы и принадлежности: магнитометрическая установка; выпрямитель; ферромагнитный образец. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Объем работы, и условия проведения опыта устанавливаются преподавателем или вариантом индивидуального задания. 1. Заполните табл. 1 характеристик миллиамперметра. Таблица 1 Наименование прибора Миллиамперметр Система прибора Предел измерения Цена Класс Приборная деления точности погрешность ΔI пр 2. Расположите подставку с соленоидами так, чтобы ось соленоидов была перпендикулярна горизонтальной составляющей B Г магнитного поля Земли. Компас закреплен так, что при этом его стрелка установится на нуле- 36 вое деление. Подайте на соленоиды постоянное напряжение, для этого переключатель 9 (рис.3) поставьте в положение (=). При этом соленоиды подключаются к клеммам 7. Не вставляя ферромагнитный образец в соленоид, включите выпрямитель и убедитесь, что магнитные поля соленоидов вблизи стрелки компаса компенсируются: стрелка не должна заметно отклоняться при увеличении силы тока в соленоидах с помощью ручки 10 выпрямителя. 3. Выключите выпрямитель, вставьте образец в один из соленоидов. Далее необходимо размагнитить образец. Для этого подключите соленоиды к клеммам 8 переменного напряжения, то есть, поставьте переключатель 9 в положение (~) . Включите выпрямитель и ручкой 10 доведите силу переменного тока в соленоидах до 2 А (измеряется амперметром выпрямителя) и постепенно уменьшайте его до нуля. Магнитная стрела должна находиться попрежнему на нулевом делении. 4. При нулевом значении силы тока в соленоидах (ручка 10 находится в крайнем левом положении) поставьте переключатель 9 в положение (=), подключив тем самым соленоиды к источнику постоянного напряжения. Установка и образец готовы к проведению изучения магнитных свойств образца. 5. Ступенчато увеличивая силу тока I от 0 до 500 мА, измерьте угол ϕ отклонения стрелки компаса, соответствующий каждому значению силы тока I . В интервале значений от 0 до 100 мА измерения надо делать через каждые 20 мА, а при больших значениях – через каждые 100 мА. Силу тока можно изменять только в сторону возрастания, уменьшение силы тока при его регулировке недопустимо. Измеренные значения I и ϕ запишите в две первые колонки (Ток +) табл. 2. Таблица 2 Ток + I , мА ϕ , град. Ток – I , мА ϕ , град. Ток + I , мА ϕ , град. (Еще 17 строк) В результате выполнения этого пункта строится основная кривая намагничивания (участок 0–1 на рис. 1). 6. Уменьшая ток в соленоидах до нуля так же, как указано в пункте 4, измерьте необходимые величины на участке 1–2 петли гистерезиса (рис.1). При этом ток можно регулировать только в сторону уменьшения. Результаты измерений I и ϕ запишите по-прежнему в две первые колонки табл. 2. 7. При нулевом значении силы тока в соленоидах переключите тумблер 5 (рис.3) в другое крайнее положение, изменив при этом направление тока в соленоидах на противоположное. Измерьте необходимые величины на участке 2–3 кривой гистерезиса (рис. 1). При этом силу тока следует регулировать только в направлении увеличения такими же ступенями, как в пункте 4. Результаты измерений I и ϕ запишите в две средние колонки «Ток–». Обратите внимание, что на этом участке кривой намагничивания происходит изме- 37 нение знака величины J и, следовательно, знака угла ϕ . Это надо отметить в таблице, указывая знак ϕ . 8. Постепенно уменьшая ток до нуля, измерьте величины I и ϕ на участке 3–4 кривой намагничивания. Результаты запишите в колонки «Ток–». 9. Тумблером 5 (рис. 3) измените, направление тока и, увеличивая силу тока, измерьте необходимые величины на последнем участке 4–1 кривой гистерезиса. Результаты измерений I и ϕ запишите в две правые колонки (Ток +) с указанием знака угла ϕ . 10. Постройте кривую магнитного гистерезиса, откладывая по осям координат (в зависимости от задания) или I и ϕ , или J и H , или B и H . 11. На основании полученной кривой гистерезиса рассчитайте по формулам (3) и (4) остаточную намагниченность J ост образца и коэрцитивную силу Н к. Величины k и n указаны на установке. 12. Для одной из точек на основной кривой намагничивания рассчитайте по формулам (3), (4), (1) и (2) значения магнитной восприимчивости χ и магнитной проницаемости μ ферромагнетика. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Чем обусловлены магнитные свойства: а) парамагнетиков; б) ферромагнетиков; в) диамагнетиков? 2. Дайте определение намагниченности. 3. Что характеризуют: а) магнитная восприимчивость; б) магнитная проницаемость? 4. Что такое основная кривая намагничивания? 5. Что такое: а) остаточная намагниченность; б) коэрцитивная сила; в) намагниченность насыщения? 6. В чем различие между жесткими и мягкими ферромагнетиками? Где они применяются? 7. Какая температура для ферромагнетиков называется точкой Кюри? 8. Как располагается магнитная стрелка, если ток в соленоидах отсутствует? Почему включение тока в соленоидах не влияет на положение стрелки? 9. Как надо ориентировать установку перед началом измерений? 10. Как устанавливается магнитная стрелка при намагничивании образца? 11. Почему перед получением петли гистерезиса образец должен быть размагничен? Как осуществляется размагничивание? ЛИТЕРАТУРА 1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. § 132, 133, 135, 136. 2. Матвеев Н.Н., Постников В.В., Саушкин В.В. Физика. 2002.- С. 79-82. 38 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ Универсальная газовая постоянная Магнитная постоянная Электрическая постоянная Заряд электрона Масса электрона Удельный заряд электрона Горизонтальная составляющая индукции магнитного поля Земли (на широте Воронежа) R = 8,31 Дж/(моль⋅К) μ o = 1,26⋅10 – 6 Гн/м ε o = 8,85⋅10 – 12 Ф/м е = 1,6⋅10 – 19 Кл m = 0,91⋅10 – 30 кг e/m = 1,76⋅10 11 Кл/кг B Г = 2,0⋅10 – 5 Тл 2. ДЕСЯТИЧНЫЕ ПРИСТАВКИ К НАЗВАНИЯМ ЕДИНИЦ Г – гига (10 9) М – мега (10 6) к – кило (10 3) д – деци (10 – 1) с – санти (10 – 2) м – милли (10 – 3) Например: 1 кОм = 10 3 Ом; мк – микро (10 – 6) н – нано (10 – 9) п – пико (10 – 12) 1мА = 10 – 3 А; 1 мкФ = 10 – 6 Ф. 3. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ШКАЛЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Обозначение единицы измерения Ампер Вольт Миллиампер, милливольт Микроампер, микровольт А V mA, mV μ А, μ V Обозначение принципа действия (системы) прибора Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой Электромагнитный прибор с подвижным ферромагнитным сердечником Положение шкалы прибора Горизонтальное Вертикальное Обозначение рода тока Прибор для измерения постоянного тока (напряжения) Прибор для измерения переменного тока (напряжения) Другие обозначения Класс точности Изоляция между электрической цепью прибора и корпусом испытана напряжением (кВ) ⊥ –– ~ 0,5 1,0 и др. 39 Пределом измерения прибора называется то значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы. На многопредельных приборах пределы измерений указаны около клемм или около переключателей диапазонов. Цена деления шкалы равна значению измеряемой величины, которое вызывает отклонение стрелки прибора на одно деление шкалы. Если предел измерения xm и шкала имеет N делений, то цена деления c = x m / N . Δ x np Класс точности прибора γ = ⋅ 100% , где Δ x np - максимальная xm погрешность прибора; x m - предел измерения. Значение γ приведено на шкале прибора. Зная класс точности γ , можно определить приборную погрешность x Δ x np = γ m ., 100 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основная литература 1 Трофимова, Т.И. Курс физики [Текст]: Учебное пособие.– 6-е изд. – М.: Высш. шк., 2000.– 542 с. Дополнительная литература 1 Курс физики [Текст] / под ред. В.Н. Лозовского.– 2-е изд., испр.– СПб.: Лань, 2001.–Т.1.– 576 с. 2 Курс физики [Текст] / под ред. В.Н. Лозовского.– 2-е изд., испр.– СПб.: Лань.– 2001.Т.2.– 592 с. 3 Дмитриева, В.Ф. Основы физики [Текст]: учеб. пособие / В.Ф. Дмитриева, В.Л. Прокофьев – М.: Высш. шк., 2001.– 527 с. 4 Грибов, Л.А. Основы физики [Текст] / Л.А. Грибов, Н.И. Прокофьва.– М.: Гароарика, 1998.– 456 с. 40 Учебное издание Бирюкова Ирина Петровна Бородин Василий Николаевич Камалова Нина Сергеевна Евсикова Наталья Юрьевна Матвеев Николай Николаевич Саушкин Виктор Васильевич Физика Лабораторный практикум Магнетизм ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö

Baltian valtion teknillinen yliopisto "Voenmeh"

SÄHKÖMAGNETISMI

Fysiikan laboratoriotyöpaja

Osa 2

Muokannut L.I. Vasiljeva ja V.A. Zhivulina

Pietari

Koonnut: D.L. Fedorov, Dr. fys.-math. tieteet, prof.; L.I. Vasiljev, prof.; PÄÄLLÄ. Ivanova, ass.; E.P. Denisov, ass.; V.A. Zhivulin, ass.; A.N. Starukhin, prof.

UDC 537.8(076)

E

Sähkömagnetismi: fysiikan laboratoriotyöpaja / kokoonpano: D.L. Fedorov [ja muut]; Balt. osavaltio tekniikka. un-t. - Pietari, 2009. - 90 s.

Työpaja sisältää kuvauksen laboratoriotöistä nro 14-22 aiheesta "Sähkö ja magnetismi" sekä vuonna 2006 julkaistun samannimisen työpajan kuvauksen 1-13 teoksista.

Suunniteltu kaikkien erikoisalojen opiskelijoille.

45

UDC 537.8(076)

Arvostelija: Dr. Tech. tieteet, prof., johtaja. kahvila Tieto- ja energiateknologia BSTU S.P. Prisyazhnyuk

Hyväksytty

toimitus ja julkaisu

© BSTU, 2009

Laboratoriotyö nro 14 Ferrosähköisten materiaalien sähköisten ominaisuuksien tutkiminen

Tavoite tutkia ferrosähköisten elementtien polarisaatiota sähkökentän voimakkuudesta riippuen E, hanki käyrä E=f(E), tutkia dielektristä hystereesiä, määrittää dielektriset häviöt ferrosähköisissä materiaaleissa.

Lyhyt tieto teoriasta

Kuten tiedetään, dielektriset molekyylit vastaavat sähköisiltä ominaisuuksiltaan sähköisiä dipoleja ja niillä voi olla sähkömomentti

missä q on molekyylin samanmerkkisen kokonaisvarauksen absoluuttinen arvo (eli kaikkien ytimien tai kaikkien elektronien varaus); l on vektori, joka on vedetty elektronien negatiivisten varausten "painopisteestä" ytimien positiivisten varausten "painokeskipisteeseen" (dipolivarsi).

Eristeiden polarisaatiota kuvataan yleensä jäykkien ja indusoituneiden dipolien avulla. Ulkoinen sähkökenttä joko määrää kovien dipolien orientaation (orientaatiopolarisaatio dielektrikissä, joissa on polaarisia molekyylejä) tai johtaa täysin järjestyneiden indusoitujen dipolien ilmaantuvuuteen (elektroni- ja ionisiirtymien polarisaatio dielektrissä, joissa on polaarisia molekyylejä). Kaikissa näissä tapauksissa eristeet ovat polarisoituneita.

Eristeen polarisaatio on, että ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta eristeen molekyylien kokonaissähkömomentti tulee nollasta poikkeavaksi.

Eristeen polarisaation kvantitatiivinen ominaisuus on polarisaatiovektori (tai polarisaatiovektori), joka on yhtä suuri kuin sähkömomentti dielektrin tilavuusyksikköä kohti:

, (14.2)

on kaikkien fysikaalisesti äärettömän pienessä tilavuudessa olevien dielektristen molekyylien sähköisten dipolimomenttien vektorisumma
.

Isotrooppisille eristeille polarisaatio liittyy sähkökentän voimakkuuteen samassa kohdassa suhteella

æ
, (14.3)

missä æ on kerroin, joka ei ensimmäisessä approksimaatiossa riipu ja sitä kutsutaan aineen dielektriseksi herkkyydeksi; =
F/m on sähkövakio.

Kuvaamaan sähkökenttää eristeissä intensiteetin lisäksi ja polarisaatio , käytä sähköistä siirtymävektoria , jonka määrittelee tasa-arvo

. (14.4)

Ottaen huomioon (14.3) siirtymävektori voidaan esittää muodossa

, (14.5)

missä
æ on dimensioton suure, jota kutsutaan väliaineen permittiivisyydeksi. Kaikille eristeille æ > 0 ja ε > 1.

Ferrosähköiset ovat erityinen ryhmä kiteisiä dielektrisiä aineita, joilla on ulkoisen sähkökentän puuttuessa spontaania (spontaania) polarisaatiota tietyllä lämpötila- ja painealueella, jonka suuntaa voidaan muuttaa sähkökentän avulla ja joissakin tapauksissa. , mekaanisen rasituksen vaikutuksesta.

Toisin kuin perinteisillä eristeillä, ferrosähköisillä aineilla on useita tunnusomaisia ​​ominaisuuksia, joita Neuvostoliiton fyysikot I.V. Kurchatov ja P.P. Kobeko. Tarkastellaan ferrosähköisten materiaalien pääominaisuuksia.

Ferrosähköisille tuotteille on ominaista erittäin korkeat dielektrisyysvakiot , joka voi saavuttaa tilauksen arvot
. Esimerkiksi Rochelle-suolan NaKC 4 H 4 O 6 ∙ 4H 2 O dielektrisyysvakio huoneenlämpötilassa (~20 °C) on lähellä 10 000.

Ferrosähköisyyden ominaisuus on polarisaatioriippuvuuden epälineaarinen luonne R ja siten sähköinen siirtymä D kenttävoimakkuudesta E(Kuva 14.1). Tässä tapauksessa ferrosähköisten materiaalien permittiivisyys ε osoittautuu riippuvaiseksi E. Kuvassa 14.2 osoittaa tämän riippuvuuden Rochelle-suolalle 20 °C:n lämpötilassa.

Kaikille ferrosähköille on ominaista dielektrisen hystereesin ilmiö, joka koostuu polarisaation muutoksen viivästymisestä R(tai siirtymä D) kun muutat kentänvoimakkuutta E. Tämä viivästys johtuu siitä, että R(tai D) ei määräydy vain kentän arvon perusteella E, mutta riippuu myös näytteen aiemmasta polarisaatiotilasta. Kenttävoimakkuuden syklisillä muutoksilla E riippuvuus R ja offsetit D alkaen E ilmaistaan ​​käyrällä, jota kutsutaan hystereesisilmukaksi.

Kuvassa 14.3 esittää hystereesisilmukan koordinaatteina D, E.

Kentän kasvaessa E puolueellisuus D näytteessä, jota ei alun perin ollut polarisoitu, muuttuu käyrää pitkin OAB. Tätä käyrää kutsutaan alku- tai pääpolarisaatiokäyräksi.

Kun kenttä pienenee, ferrosähköinen käyttäytyy aluksi kuten tavanomainen eriste (osassa VA ei ole hystereesiä) ja sitten (pisteestä MUTTA) siirtymän muutos jää jännityksen muutoksen jälkeen. Kun kentän voimakkuus E= 0, ferrosähkö pysyy polarisoituneena ja sähkösiirtymän suuruus on yhtä kuin
, kutsutaan jäännössiirtymäksi.

Jäännössiirtymän poistamiseksi ferrosähköiseen on kohdistettava vastakkaisen suunnan sähkökenttä, jonka voimakkuus on - . arvo jota kutsutaan pakkokentällä.

Jos kentänvoimakkuuden maksimiarvo on sellainen, että spontaani polarisaatio saavuttaa kyllästymisen, saadaan hystereesisilmukka, jota kutsutaan rajakiertosilmukaksi (kiinteä käyrä kuvassa 14.3).

Jos kylläisyyttä ei kuitenkaan saavuteta suurimmalla kentänvoimakkuudella, saadaan ns. osasyklin silmukka, joka sijaitsee rajasyklin sisällä (katkokäyrä kuvassa 14.3). Yksityisiä repolarisaatiosyklejä voi olla ääretön määrä, mutta samalla siirtymän maksimiarvot D osasyklit ovat aina OA:n pääpolarisaatiokäyrällä.

Ferrosähköiset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti lämpötilasta. Jokaisella ferrosähköisellä on lämpötila , jonka yläpuolella sen ferrosähköiset ominaisuudet katoavat ja se muuttuu tavalliseksi dielektriseksi. Lämpötila kutsutaan Curie-pisteeksi. Bariumtitanaatin BaTi0 3 Curie-piste on 120 °C. Joillakin ferrosähköisillä osilla on kaksi Curie-pistettä (ylempi ja alempi), ja ne käyttäytyvät ferrosähköisiksi vain näiden pisteiden välisellä lämpötila-alueella. Näitä ovat Rochelle-suola, jonka Curie-pisteet ovat +24°С ja –18°С.

Kuvassa Kuvassa 14.4 on esitetty kaavio BaTi0 3 -yksikiteen permittiivisyyden lämpötilariippuvuudesta (ferrosähköisessä tilassa oleva BaTi0 3 -kide on anisotrooppinen. Kuvassa 14.4 käyrän vasen haara viittaa kiteen suuntaan, joka on kohtisuorassa spontaanin polarisaation akseli.) Riittävän suurella lämpötila-alueella arvot ВаTi0 3 ylittää merkittävästi arvot tavalliset eristeet, joita varten
. Curie-pisteen lähellä on huomattava nousu (poikkeama).

Kaikki ferrosähköisten ominaisuuksien ominaisuudet liittyvät spontaanin polarisaation olemassaoloon niissä. Spontaani polarisaatio on seurausta kiteen yksikkökennon sisäisestä epäsymmetriasta, mikä johtaa siihen, että siihen ilmestyy dipolisähköinen momentti. Yksittäisten polarisoituneiden kennojen välisen vuorovaikutuksen seurauksena ne on järjestetty siten, että niiden sähkömomentit ovat suuntautuneet yhdensuuntaisesti toistensa kanssa. Monien solujen sähkömomenttien suuntautuminen yhteen suuntaan johtaa spontaanin polarisaation alueiden muodostumiseen, joita kutsutaan domeeneiksi. Ilmeisesti jokainen domeeni on polarisoitu kyllästymiseen. Alueiden lineaariset mitat eivät ylitä 10-6 m.

Ulkoisen sähkökentän puuttuessa kaikkien domeenien polarisaatio on suunnaltaan erilainen, joten kide kokonaisuudessaan osoittautuu polarisoimattomaksi. Tämä on havainnollistettu kuvassa. 14.5, a, jossa näytteen domeenit on kuvattu kaavamaisesti, nuolet osoittavat eri domeenien spontaanin polarisaation suunnat. Ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta spontaanin polarisaation uudelleensuuntautuminen tapahtuu monialuekiteessä. Tämä prosessi suoritetaan: a) siirtämällä alueen seinämiä (alueita, joiden polarisaatio muodostaa terävän kulman ulkoisen kentän kanssa kasvaa niiden verkkoalueiden kustannuksella, joissa
); b) sähkömomenttien - alueiden - pyöriminen kentän suunnassa; c) uusien domeenien ytimien muodostuminen ja itäminen, joiden sähkömomentit suuntautuvat kenttää pitkin.

Domeenirakenteen uudelleenjärjestely, joka tapahtuu, kun ulkoista sähkökenttää käytetään ja sitä lisätään, johtaa kokonaispolarisaation ilmaantumiseen ja kasvuun. R kristalli (epälineaarinen leikkaus OA kuvassa 14.1 ja 14.3). Tässä tapauksessa osuus kokonaispolarisaatiosta R spontaanin polarisaation lisäksi myötävaikuttaa myös elektronien ja ionien siirtymien indusoitunut polarisaatio, ts.
.

Tietyllä kentänvoimakkuudella (pisteessä MUTTA) koko kiteeseen muodostuu yksi spontaanin polarisaation suunta, joka on sama kuin kentän suunta (kuva 14.5, b). Kiteen sanotaan muuttuvan yksialueiseksi spontaanin polarisaation suunnan ollessa yhdensuuntainen kentän kanssa. Tätä tilaa kutsutaan saturaatioksi. Kentän lisäys E saavutettuaan kyllästyksen, siihen liittyy kokonaispolarisaation lisääntyminen edelleen R kristalli, mutta nyt vain indusoidun polarisaation vuoksi (osio AB kuvassa 14.1 ja 14.3). Samaan aikaan polarisaatio R ja offset D lähes lineaarisesti riippuvainen E. Lineaarisen kaavion ekstrapolointi AB y-akselilla voidaan arvioida spontaani saturaatiopolarisaatio
, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin arvo
leikattu pois y-akselin ekstrapoloidulla osalla:
. Tämä likimääräinen yhtäläisyys johtuu siitä tosiasiasta, että useimmille ferrosähköisille
ja
.

Kuten edellä todettiin, Curie-pisteessä, kun ferrosähköistä lämmitetään, sen erityisominaisuudet katoavat ja se muuttuu tavalliseksi dielektriseksi. Tämä selittyy sillä tosiasialla, että Curie-lämpötilassa tapahtuu ferrosähköisen faasin muutos polaarisesta faasista, jolle on ominaista spontaanin polarisaation läsnäolo, ei-polaariseen faasiin, jossa spontaani polarisaatio puuttuu. Tämä muuttaa kidehilan symmetriaa. Polaarista vaihetta kutsutaan usein ferrosähköiseksi faasiksi, kun taas ei-polaarista vaihetta kutsutaan paraelektriseksi vaiheeksi.

Lopuksi keskustelemme hystereesin aiheuttamien ferrosähköisten dielektristen häviöiden ongelmasta.

Eristeiden energiahäviöt vaihtelevissa sähkökentissä, joita kutsutaan dielektrisiksi, voivat liittyä seuraaviin ilmiöihin: a) polarisaation aikaviive R kenttävoimakkuudesta E molekyylin lämpöliikkeen vuoksi; b) pienten johtavuusvirtojen läsnäolo; c) dielektrisen hystereesin ilmiö. Kaikissa näissä tapauksissa tapahtuu peruuttamaton sähköenergian muunnos lämmöksi.

Dielektriset häviöt aiheuttavat sen, että vaihtovirtapiirin kondensaattorin sisältävässä osassa vaihesiirto virran ja jännitteen vaihteluiden välillä ei ole koskaan täsmälleen yhtä suuri
, mutta se on aina pienempi kuin
, nurkassa kutsutaan hävityskulmaksi. Kondensaattorien dielektriset häviöt arvioidaan häviötangentilla:

, (14.6)

missä on kondensaattorin reaktanssi; R- kondensaattorin häviövastus, joka määräytyy ehdosta: vaihtovirran kulkiessa tämän resistanssin kautta vapautuva teho on yhtä suuri kuin kondensaattorin tehohäviöt.

Häviötangentti on laatutekijän käänteisluku K:
, ja sen määrittämiseen voidaan käyttää lauseketta yhdessä (14.6) kanssa

, (14.7)

missä
– värähtelyjakson energiahäviöt (piirielementissä tai koko piirissä); W– värähtelyenergia (maksimi piirielementille ja kokonaismäärä koko piirille).

Arvioimme dielektrisen hystereesin aiheuttamat energiahäviöt kaavalla (14.7). Nämä häviöt, kuten itse hystereesi, ovat seurausta spontaanin polarisaation uudelleen suuntautumisesta vastuussa olevien prosessien peruuttamattomasta luonteesta.

Kirjoita (14.7) uudelleen muotoon

, (14.8)

missä on vaihtosähkökentän energiahäviö, joka johtuu dielektrisestä hystereesistä ferrosähköisen tilavuusyksikköä kohti yhden jakson aikana; on sähkökentän suurin energiatiheys ferrosähköisessä kiteessä.

Koska sähkökentän tilavuusenergiatiheys

(14.9)

sitten kentänvoimakkuuden kasvaessa
se muuttuu vastaavasti. Tämä energia kuluu ferrosähköisen yksikkötilavuuden repolarisaatioon ja sitä käytetään lisäämään sen sisäistä energiaa, ts. lämmittämään sitä. On selvää, että yhden kokonaisen ajanjakson dielektristen häviöiden arvo ferrosähköisen tilavuusyksikköä kohti määritetään seuraavasti

(14.10)

ja on numeerisesti yhtä suuri kuin hystereesisilmukan pinta-ala koordinaateissa D, E. Kiteen sähkökentän suurin energiatiheys on:

, (14.11)

missä ja
ovat sähkökentän voimakkuuden ja siirtymän amplitudit.

Korvaamalla (14.10) ja (14.11) arvolla (14.8) saadaan seuraava lauseke ferrosähköisten materiaalien dielektrisen häviökulman tangentille:

(14.12)

Ferrosähköistä valmistetaan suurikapasiteettisia, mutta pienikokoisia kondensaattoreita erilaisten epälineaaristen elementtien luomiseksi. Monet radiotekniikan laitteet käyttävät varikondeja - ferrosähköisiä kondensaattoreita, joilla on selvät epälineaariset ominaisuudet: tällaisten kondensaattorien kapasitanssi riippuu voimakkaasti niihin syötetyn jännitteen suuruudesta. Varicondille on ominaista korkea mekaaninen lujuus, tärinän, tärinän, kosteudenkestävyys. Varikondien haittoja ovat rajallinen toimintataajuuksien ja lämpötilojen alue, korkeat dielektristen häviöiden arvot.

9. Syötä saadut tiedot taulukon 2 yläosaan esittäen tulokset lomakkeella.

10. Paina kytkintä 10, jolloin voit tehdä mittauksia kuvan 1 kaavion mukaisesti. 2 (tarkka jännitteen mittaus). Suorita kohdissa mainitut toimenpiteet. 3-8, korvaamalla 6 kohdassa kaavan (9) mukainen laskelma kaavan (10) mukaisella laskennalla.

11. Syötä laskelmissa ja mittauksissa saadut tiedot kytkintä 10 painettuna (katso kohta 10) taulukon 2 alaosaan esittäen mittaustulokset muodossa Toimintatapa Virtojen tarkka mittaus Jännitteen tarkka mittaus 1. Mikä on työn tarkoitus?

2. Mitä aktiivisen vastuksen mittausmenetelmiä tässä työssä käytetään?

3. Kuvaa työskentelytapa ja kokeen kulku.

4. Kirjoita työkaavat muistiin ja selitä niihin sisältyvien suureiden fyysinen merkitys.

1. Muotoile Kirchhoffin säännöt haarautuneiden sähköpiirien laskemiseen.

2. Johda työkaavat (9) ja (10).

3. Millä suhteilla R, RA ja RV käytetään ensimmäistä mittausmenetelmää? Toinen? Selittää.

4. Vertaa tässä työssä saatuja tuloksia ensimmäisellä ja toisella menetelmällä. Mitä johtopäätöksiä mittausten tarkkuudesta näillä menetelmillä voidaan tehdä? Miksi?

5. Miksi vaiheessa 4 säädin on asetettu sellaiseen asentoon, että volttimittarin neula poikkeaa vähintään 2/3 asteikosta?

6. Muotoile Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle.

7. Muotoile resistiivisyyden fyysinen merkitys. Mistä tekijöistä tämä arvo riippuu (katso työ nro 32)?

8. Mistä tekijöistä homogeenisen isotrooppisen metallijohtimen resistanssi R riippuu?

SOLENOIDIINDUKTANTSIN MÄÄRITTÄMINEN

Työn tarkoituksena on määrittää solenoidin induktanssi sen vaihtovirtaresistanssin perusteella.

Instrumentit ja tarvikkeet: solenoidi testattava, äänigeneraattori, elektroninen oskilloskooppi, AC-milliammetri, liitäntäjohdot.

Itseinduktion ilmiö. Induktanssi Sähkömagneettisen induktion ilmiö havaitaan kaikissa tapauksissa, kun johtavan piirin tunkeutuva magneettivuo muuttuu. Erityisesti, jos sähkövirta kulkee johtavassa piirissä, se luo magneettivuon F, joka tunkeutuu tähän piiriin.

Kun virranvoimakkuus I muuttuu missä tahansa piirissä, muuttuu myös magneettivuo F, minkä seurauksena piiriin syntyy induktiovoima (EMF), joka aiheuttaa lisävirran (kuva 1, jossa 1 on johtava suljettu piiri, 2 ovat magneettikentän luoman silmukkavirran voimalinjat). Tätä ilmiötä kutsutaan itseinduktioksi, ja itseinduktio-EMF:n aiheuttama lisävirta on itseinduktioulkovirta.

Itseinduktioilmiö havaitaan missä tahansa suljetussa sähköpiirissä, jossa virtaa sähkövirtaa, kun tämä piiri suljetaan tai avataan.

Mieti, mistä itseinduktion EMF:n arvo riippuu.

Suljetun johtavan piirin läpäisevä magneettivuo Ф on verrannollinen piirissä virtaavan virran synnyttämän magneettikentän magneettikentän magneettiseen induktioon B ja induktio B on verrannollinen virran voimakkuuteen.

Tällöin magneettivuo Ф on verrannollinen virranvoimakkuuteen, ts.

jossa L on piirin induktanssi, H (Henry).

Kohdasta (1) saadaan Piirin L induktanssi on skalaarinen fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin tämän piirin läpäisevän magneettivuon Ф suhde piirissä kulkevan virran suuruuteen.

Henry on sellaisen piirin induktanssi, jossa virranvoimakkuudella 1A tapahtuu magneettivuo 1Wb, ts. 1 Hn = 1.

Sähkömagneettisen induktion lain mukaan korvaamalla (1) luvulla (3) saadaan itseinduktion EMF:

Kaava (4) pätee L=const.

Kokemus osoittaa, että kun induktanssi L kasvaa sähköpiirissä, virta piirissä kasvaa vähitellen (katso kuva 2), ja L:n pienentyessä virta pienenee yhtä hitaasti (kuva 3).

Virran voimakkuus sähköpiirissä oikosulun aikana muuttuu virran voimakkuuden muutoskäyrät on esitetty kuvassa 1. 2 ja 3.

Piirin induktanssi riippuu piirin muodosta, koosta ja muodonmuutoksesta, sen väliaineen magneettisesta tilasta, jossa piiri sijaitsee, sekä muista tekijöistä.

Selvitä solenoidin induktanssi. Solenoidi on sylinterimäinen putki, joka on valmistettu ei-magneettisesta, johtamattomasta materiaalista, johon on kierretty ohut metallijohtoinen johdin tiiviisti kelasta kelaan. Kuvassa Kuva 4 esittää solenoidin poikkileikkauksen halkaisijaltaan sylinterimäistä putkea pitkin (1 - magneettikenttäviivat).

Solenoidin pituus l on paljon suurempi kuin halkaisija d, ts.

ld. Jos l d, niin solenoidia voidaan pitää lyhyenä kelana.

Ohuen langan halkaisija on paljon pienempi kuin solenoidin halkaisija. Induktanssin lisäämiseksi solenoidin sisään sijoitetaan ferromagneettinen ydin, jolla on magneettinen permeabiliteetti. Jos ld, niin virran kulkiessa solenoidin sisällä virittyy tasainen magneettikenttä, jonka induktio määräytyy kaavasta, jossa o = 4 10-7 H/m on magneettivakio; n = N/l on kierrosten lukumäärä solenoidin pituusyksikköä kohti; N on solenoidin kierrosten lukumäärä.



Solenoidin ulkopuolella magneettikenttä on käytännössä nolla. Koska solenoidissa on N kierrosta, solenoidin poikkileikkauksen S läpäisevä kokonaismagneettivuo (vuon linkki) on missä Ф = BS on solenoidin yhden kelan läpäisevä vuo.

Korvaamalla (5) arvolla (6) ja ottamalla huomioon sen tosiasian, että N = nl, saadaan. Toisaalta vertaamalla (7) ja (8) saadaan Solenoidin poikkileikkauspinta-ala on yhtä suuri kuin kun otetaan huomioon (10), kaava (9) kirjoitetaan muotoon Määritä solenoidin induktanssi on mahdollista kytkemällä solenoidi vaihtovirtapiiriin, jossa on taajuus. Sitten kokonaisresistanssi (impedanssi) määritetään kaavalla, jossa R on aktiivinen vastus, Ohm; L = xL - induktiivinen vastus; \u003d xs - kondensaattorin kapasitanssi, jonka kapasitanssi on C.

Jos sähköpiirissä ei ole kondensaattoria, ts.

piirin kapasitanssi on pieni, niin xc xL ja kaava (12) näyttävät tältä. Sitten Ohmin vaihtovirran laki kirjoitetaan missä Im, Um ovat virran ja jännitteen amplitudiarvot.

Koska = 2, missä on vaihtovirran värähtelyjen taajuus, niin (14) saa muodon Kohdasta (15) saadaan työkaava induktanssin määrittämiseksi:

Työn suorittamiseksi kokoa piiri kuvan 1 kaavion mukaisesti. 5.

1. Aseta äänigeneraattorin värähtelytaajuus opettajan ohjeiden mukaan.

2. Mittaa jännitteen amplitudi Um ja taajuus oskilloskoopilla.

3. Määritä milliampeerimittarilla virran tehollinen arvo piirissä I e; käyttämällä suhdetta I e I m / 2 ja ratkaisemalla se suhteessa I m 2 Ie, määritä virran amplitudi piirissä.

4. Syötä tiedot taulukkoon.

Viitetiedot: solenoidin aktiivinen resistanssi R = 56 ohm; solenoidin pituus l = 40 cm; solenoidin halkaisija d = 2 cm; solenoidin kierrosten lukumäärä N = 2000.

1. Muotoile työn tarkoitus.

2. Määrittele induktanssi?

3. Mikä on induktanssin yksikkö?

4. Kirjoita muistiin työkaava solenoidin induktanssin määrittämiseksi.

1. Hanki kaava solenoidin induktanssin määrittämiseksi sen geometristen mittojen ja kierrosten lukumäärän perusteella.

2. Mitä kutsutaan impedanssiksi?

3. Miten vaihtovirtapiirin virran ja jännitteen maksimi- ja tehoarvot liittyvät toisiinsa?

4. Johda solenoidin induktanssin työskentelykaava.

5. Kuvaile itseinduktioilmiötä.

6. Mikä on induktanssin fyysinen merkitys?

KIRJASTUS

1. Saveliev I.G. Yleisen fysiikan kurssi. T.2, T. 4. - M .: Vyssh.

koulu, 2002. - 325 s.

Korkeampi koulu, 1970. - 448 s.

3. Kalashnikov S.G. Sähkö. - M .: Korkeampi. koulu, 1977. - 378 s.

4. Trofimova T.I. Fysiikan kurssi. - M .: "Akatemia", 2006. - 560s.

5. Purcell E. Sähkö ja magnetismi - M.: Nauka, 1971.s.

6. Detlaf A.A. Fysiikan kurssi: Oppikirja korkeakoulujen opiskelijoille. - M .: "Akatemia", 2008. - 720 s.

7. Kortnev A.V. Fysiikan työpaja.- M.: Korkeampi. koulu, 1968. s.

8. Iveronova V.I. Fyysinen työpaja. - M .: Fizmatgiz, 1962. - 956 s.

Fysikaaliset perusvakiot Atomiyksikkö a.mu ) 10-15m 1, Compton-aallot K,p=h/ 1,3214099(22) 10-15m 1, Compton-aallot K,e=h/ 2,4263089(40) 10-12m 1, elektroni aallot K ,e/(2) 3,8615905(64) 10-13m 1, Bohr-magnetoni B=e/ 9,274078(36) 10-24J/T ) 10-27 J/T 3, neutronin massa Elektronin massa 0,9109)531(47) -30 kg ihannekaasua po normaaleissa olosuhteissa (T0=273,15 K, p0=101323 Pa) Vakio Avo- 6,022045(31 ) 1023 mol- Boltzmannin kaasuvakio 8,31441(26) J/(mol K) yleispainovakio G, 6,6720 (41) 10-11 N m2/kg2 5663706144 10-7H/m filamentti Kvanttimagneetti-F o = 2,0678506(54) 10-15Wb 2, säteily ensimmäinen säteily toinen säteily sähköinen (0c2) klassinen (4me) standardi elektroni-protoni-neutroni näytteleminen klo 1.00.

Ei. Suluissa olevat numerot osoittavat keskivirheen annetun arvon viimeisissä numeroissa.

Johdanto

Sähkön ja sähkömagnetismin opetuslaboratorion laboratoriotyön perusvaatimukset

Sähkömittausten perusteet

Laboratoriotyö nro 31. Sähkövastuksen arvon mittaus Whitson R-sillalla ................. Laboratoriotyö nro 32. Metallien vastuksen riippuvuuden tutkiminen lämpötilassa

Lab #33 Kondensaattorin kapasitanssin määrittäminen Wheatstonen C-sillalla

Laboratoriotyö nro 34. Elektronisen oskilloskoopin toiminnan tutkiminen

Laboratoriotyö nro 35. Tyhjiötriodin toiminnan tutkiminen ja sen staattisten parametrien määrittäminen

Laboratoriotyö nro 36. Nesteiden sähkönjohtavuus.

Faraday-luvun ja elektronivarauksen määritys

Laboratoriotyö nro 37. RC-generaattorin toimintatilan tutkiminen elektronisella oskilloskoopilla

Laboratoriotyö nro 38. Sähköstaattisen kentän tutkimus

Laboratoriotyö nro 40. Maan magneettikentän voimakkuuden vaakakomponentin määritys

Laboratoriotyö nro 41. Zener-diodin tutkimus ja sen ominaisuuksien poistaminen

Laboratoriotyö nro 42. Tyhjiödiodin tutkiminen ja elektronin ominaisvarauksen määrittäminen

Laboratoriotyö nro 43. Puolijohdediodien toiminnan tutkiminen

Laboratoriotyö nro 45. Magnetointikäyrän ja hystereesisilmukan poistaminen elektronisella oskilloskoopilla

Laboratoriotyö nro 46. Vaimentuneet sähkövärähtelyt

Laboratoriotyö nro 47. Pakotettujen sähköisten värähtelyjen tutkimus ja resonanssikäyräperheen poistaminen...... Laboratoriotyö nro 48. Resistanssin mittaus

Lab #49 Solenoidin induktanssin määrittäminen

Bibliografia

Sovellus ……………………………………………………… Dmitri Borisovich Kim Aleksander Aleksejevitš Kropotov Ljudmila Andreevna Gerashtšenko Sähkö ja sähkömagnetismi Laboratoriotyöpaja Uch.-toim. l. 9.0. Tulos uuni l. 9.0.

Painettu kustantamo BrGU 665709, Bratsk, st. Makarenko,




Samanlaisia ​​teoksia:

"A.L. Gelgor E.A. POPOV DVB-T DIGITAALINEN TELEVISION LÄHETYSJÄRJESTELMÄ Yliopisto-ammattikorkeakoulukoulutuksen koulutus- ja metodologinen yhdistys suosittelee oppikirjaksi korkeakoulujen opiskelijoille, jotka opiskelevat teknisen fysiikan koulutussuunnassa Pietarin ammattikorkeakoulun kustantamo 2011 Opetus- ja tiedeministeriö Venäjän federaatio Pietarin osavaltion ammattikorkeakoulu Prioriteetti...»

"fysiikkaa niitä. LV Kirensky vuonna 1996 Krasnojarsk 1996 -2 YLEISTIETOJA Vuonna 1996 instituutti osallistui neljän hankkeen toteuttamiseen valtion tieteellisten ja teknisten ohjelmien puitteissa; Niiden rahoituksen määrä oli 23 200 tuhatta ruplaa (niin odotetaan saavan vielä 5 000 tuhatta ruplaa neljännen vuosineljänneksen lopussa). Toimii...»

”RAS:N PRESIDIUM PERUSTUTKIMUSOHJELMA nro 13 Äärimmäiset VALOT KENTÄT JA NIIDEN SOVELTAMISRAPORTTI 2013 Moskova 2013 Hyväksytty Venäjän tiedeakatemian presidentin akateemikko V.E. Fortov 2013 Venäjän tiedeakatemian puheenjohtajiston kattava perustutkimuksen ohjelma nro 13 ÄRIVALOKENTÄT JA NIIDEN SOVELLUKSET RAPORTTI 2013 Ohjelmakoordinaattorit: ILP SB RAS:n johtaja Akateemikko _ S.N. Bagaev IAP RAS:n tieteellinen ohjaaja Akateemikko A.V. Gaponov-Grekhov PROJEKTIN TULOSRAPORTTI...»

«DIELEKTRISTEN AALTOOHJEIDEN SPEKTRAALITEORIAN MATEMAATISET MALLIT Oppikirja Kazanin Kazanin osavaltion yliopisto, joka on nimetty V.I. Uljanov-Lenin 2007 Julkaistu Kazanin osavaltion yliopiston soveltavan matematiikan osaston päätöksellä Tieteellinen toimittaja Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden tohtori, professori N.B. Pleshchinsky Karchevsky E.M. Dielektristen aaltoputkien spektriteorian matemaattiset mallit. Oppikirja / E.M. Kartševski. Kazan: Kazanin osavaltion yliopisto...»

"Fysiikan aineen työohjelma Ohjelman taso on perusluokka 7-11. Kehittänyt korkeimman tutkintoluokan fysiikan opettaja Shirokova G.A. 2013-2014 Fysiikan työohjelmat 7. luokka Fysiikka yleisimpien luonnonlakien tieteenä, joka toimii kouluaineena, antaa merkittävän panoksen ympäröivän maailman tietojärjestelmään. Se paljastaa tieteen roolin yhteiskunnan taloudellisessa ja kulttuurisessa kehityksessä, edistää nykyaikaisen tieteen muodostumista ... "

"Pedagogia ja Ps ja Chol g and I -sarjasta Moskova 2008 toimituskunta: Ryabov V.V. Historiatieteiden tohtori, professori, puheenjohtaja, Moskovan valtion pedagogisen yliopiston rehtori Atanasyan S.L. Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden kandidaatti, professori, Moskovan valtion pedagogisen yliopiston akateemisten asioiden vararehtori Pishchulin N.P. Filosofisten tieteiden tohtori, professori, Moskovan valtion pedagogisen yliopiston tutkimusvararehtori Rusetskaya M.N. Pedagogisten tieteiden kandidaatti, apulaisprofessori, Moskovan valtion pedagogisen yliopiston innovaatiotoiminnan vararehtori Toimituslautakunta: Andriadi I.P. pedagogisten tieteiden tohtori, professori,...»

«FEENIKSIN WINGS JOHDANTO KVANTTIMYTOFISIIKKAAN Jekaterinburg Ural University Press 2003 BBK 86.3+87 I 84 Konsultti - I. A. Pronin Toimittaja - E. K. Sozina Tekninen editointi ja taitto - A. V. Zarubin I. Zarubin. And. Phoenix. Johdatus kvanttimytofysiikkaan. - Jekaterinburg: Ural Publishing House. unta, 2003. - 263 s. Kirjoittajat yrittävät käyttää laajasti eri uskontojen arvovaltaisia ​​tekstejä, mutta unohtamatta heidän pääerikoisuutensa - teoreettista fysiikkaa - ... "

”EDMUND HUSSERLille kunniaksi ja ystävyydeksi on omistettu Todtnaubergille Badissa. Schwarzwalde, 8. huhtikuuta 1926 Seitsemännen painoksen esipuhe 1953 Trakaatti Oleminen ja aika ilmestyi ensimmäisen kerran keväällä 1927 Husserlin vuosikirjassa fenomenologiasta ja fenomenologisesta tutkimuksesta, voi. Tämä uusintapainos, joka ilmestyy yhdeksännessä painoksessa, on muuttumattomana tekstinä, mutta sitä on tarkistettu lainausten ja välimerkkien osalta. Uusintapainoksen sivunumerot ovat yhdenmukaisia ​​aina ..."

"FYSIIKKA Oppikirja valmentaville kursseille Venäjän federaation opetusministeriö Jaroslavlin valtionyliopisto. P.G. Demidov-lisäkoulutuskeskus M.V. Kirikov, V.P. Alekseev Fysiikan oppikirja valmentaville kursseille Jaroslavl 1999 BBK Vya73 K43 Fysiikka: Oppikirja valmennettaville kursseille / Comp. M.V. Kirikov, V.P. Alekseev; Jaroslavlin osavaltio un-t. Jaroslavl, 1999. 50 s. Koulutuskäsikirjan tarkoituksena on systematisoida ja toistaa käsiteltyä materiaalia ... "