ელექტრომანეტიზმი ♦ TSTU გამომცემლობა ♦ რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო ტამბოვის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი ელექტრომანეტიზმი ლაბორატორიული სამუშაო Tambov TSTU Publishing House 2002 M. Savelyev, Yu.P.Lyashensu, V.4.5. მონა. / A. M. Savelyev, Yu. P. Lyashenko, V. A. Shishin, V. I. Barsukov. ტამბოვი. გამომცემლობა ტამბ. სახელმწიფო ტექ. un-ta, 2002. 28 გვ. წარმოდგენილია ზოგადი ფიზიკის კურსის „ელექტრომაგნეტიზმი“ განყოფილების სამი ლაბორატორიული სამუშაოს შესრულებისას გამოყენებული ლაბორატორიული საშუალებების სახელმძღვანელო და აღწერილობა. თითოეულ ნაშრომში მოცემულია დასმული პრობლემების ექსპერიმენტულად გადაჭრის შესაბამისი მეთოდების თეორიული დასაბუთება, ასევე მიღებული შედეგების დამუშავების მეთოდოლოგია. ლაბორატორიული სამუშაოები განკუთვნილია საინჟინრო განათლების ყველა სპეციალობისა და ფორმის 1-2 კურსის სტუდენტებისთვის. UDC 535.338 (076.5) BBK В36Я73-5 © ტამბოვის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი (TSTU), 2002 საგანმანათლებლო გამოცემა ELECTROMAGNETISM ლაბორატორიული ნაშრომი შედგენილი ალექსანდრე მიხაილოვიჩ საველიევის, იური პეტროვიჩ ლიაშენკოს მიერ, იური პეტროვიჩ ლიაშენკო, ტექნიკური რედაქტორი ე. ვლადიმერი ბარჩევა ა. ავტორი M. A. F ilatova ხელმოწერილია გამოსაქვეყნებლად 16.09.02. ფორმატი 60×84/16. Times NR ყურსასმენი. გაზეთების ქაღალდი. Ოფსეტური ბეჭდვა. მოცულობა: 1,63 არბ. ღუმელი ლ.; 2.00 რედ. ლ. ტირაჟი 100 ეგზემპლარი. C 565M ტამბოვის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტის გამომცემლობა და ბეჭდვის ცენტრი 392000, ტამბოვი, ქ. Sovetskaya, 106, k. 14 საკონტროლო კითხვები 1 ინდუქციისა და მაგნიტური ველის სიძლიერის ცნებების ფიზიკური მნიშვნელობა. 2 ჩაწერეთ ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონი და აჩვენეთ მისი გამოყენება პირდაპირი დენის ველისა და წრიული დენის მატარებელი ღერძის ღერძის გამოთვლაში. 3 გამოიტანეთ სასრული სიგრძის სოლენოიდის ველის გამოთვლის ფორმულები. 4 ახსენით მაგნიტური ველის ინდუქციური ვექტორის ცირკულაციის თეორემის ფიზიკური მნიშვნელობა და მისი გამოყენება უსასრულოდ გრძელი სოლენოიდის ველის გამოსათვლელად. 5 ახსენით მუშაობის პრინციპი, ინსტალაციის სქემა და გაზომვის ტექნიკა. 6 როგორ შეიცვლება ველის განაწილება სოლენოიდის ღერძის გასწვრივ მის სიგრძესა და დიამეტრს შორის თანაფარდობის მიხედვით? რეკომენდირებული საკითხავების სია 1 საველიევი IV ზოგადი ფიზიკის კურსი. T. 2. M., 1982. 2 Detlaf A. A., Yavorsky B. M. ფიზიკის კურსი. მ., 1987. 3 ახმატოვი ა. ს. და სხვ.. ლაბორატორიული პრაქტიკა ფიზიკაში. M., 1980. 4 Irodov IE ელექტრომაგნიტიზმის ძირითადი კანონები. მ.: უმაღლესი სკოლა, 1983. ლაბორატორიული სამუშაო ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრა "მაგნიტრონის მეთოდით" სამუშაოს მიზანი: გაეცნონ ურთიერთპერპენდიკულარული ელექტრული და მაგნიტური ველების შექმნის მეთოდს, ელექტრონების მოძრაობას. ასეთი გადაკვეთილი ველები. ექსპერიმენტულად განსაზღვრეთ ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის სიდიდე. მოწყობილობები და აქსესუარები: ელექტრონული ნათურა 6E5S, სოლენოიდი, კვების წყარო VUP-2M, მილიამმეტრი, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, პოტენციომეტრი, დამაკავშირებელი სადენები. გაიდლაინები ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრის ერთ-ერთი ექსპერიმენტული მეთოდი (ელექტრონული მუხტის თანაფარდობა მის მასასთან e/m) ეფუძნება ურთიერთპერპენდიკულარულ მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობის შესწავლის შედეგებს. ამ შემთხვევაში მოძრაობის ტრაექტორია დამოკიდებულია ნაწილაკების მუხტის თანაფარდობაზე მის მასაზე. ნამუშევარში გამოყენებული მეთოდის სახელწოდება განპირობებულია იმით, რომ ელექტრონების მსგავსი მოძრაობა მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში იმავე კონფიგურაციის მაგნიტრონებს - მოწყობილობებში, რომლებიც გამოიყენება ულტრამაღალი სიხშირის ძლიერი ელექტრომაგნიტური რხევების შესაქმნელად. ამ მეთოდის ახსნის ძირითადი კანონზომიერებები შეიძლება გამოვლინდეს სიმარტივისთვის v სიჩქარით მოფრენილი ელექტრონის მოძრაობის განხილვით ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში, რომლის ინდუქციური ვექტორი პერპენდიკულარულია მოძრაობის მიმართულებაზე. როგორც ცნობილია, ამ შემთხვევაში, მაქსიმალური ლორენცის ძალა Fl = evB მოქმედებს ელექტრონზე, როდესაც ის მოძრაობს მაგნიტურ ველში, რომელიც პერპენდიკულარულია ელექტრონის სიჩქარეზე და, შესაბამისად, არის ცენტრიდანული ძალა. ამ შემთხვევაში, ელექტრონის მოძრაობა ასეთი ძალის მოქმედებით ხდება წრის გასწვრივ, რომლის რადიუსი განისაზღვრება პირობით: mv 2 evB = , (1) r სადაც e, m, v არის მუხტი, ელექტრონის მასა და სიჩქარე, შესაბამისად; B არის მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა; r არის წრის რადიუსი. ან mv r= . (2) eB (2) მიმართებიდან ჩანს, რომ ელექტრონის მოძრაობის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი შემცირდება მაგნიტური ველის ინდუქციის მატებასთან ერთად და გაიზრდება მისი სიჩქარის ზრდასთან ერთად. კონკრეტული მუხტის მნიშვნელობის გამოსახატავად (1)-დან ვიღებთ: e v = . (3) m rB (3)-დან გამომდინარეობს, რომ e/m თანაფარდობის დასადგენად აუცილებელია ვიცოდეთ ელექტრონის მოძრაობის სიჩქარე v, მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა В და ელექტრონული ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი. რ. პრაქტიკაში, ელექტრონების ასეთი მოძრაობის სიმულაციისთვის და მითითებული პარამეტრების დასადგენად, შემდეგნაირად ხდება. მოძრაობის სიჩქარის გარკვეული მიმართულების ელექტრონები მიიღება ორ ელექტროდიანი ელექტრონული მილის გამოყენებით ცილინდრის სახით დამზადებული ანოდით, რომლის ღერძის გასწვრივ მდებარეობს ძაფისებრი კათოდი. როდესაც პოტენციური სხვაობა (ანოდის ძაბვა Ua) გამოიყენება ანოდსა და კათოდს შორის არსებულ რგოლურ სივრცეში, იქმნება რადიალურად მიმართული ელექტრული ველი, რომლის მოქმედებით თერმიონული ემისიის გამო კათოდიდან გამოსხივებული ელექტრონები სწორხაზოვნად გადაადგილდებიან. ანოდის რადიუსები და ანოდის წრეში შემავალი მილიამმეტრი, აჩვენებს ანოდის დენის გარკვეულ მნიშვნელობას Ia. ერთიანი მაგნიტური ველი ელექტრულზე პერპენდიკულარული და, შესაბამისად, ელექტრონების სიჩქარე, მიიღება ნათურის მოთავსებით სოლენოიდის შუა ნაწილში ისე, რომ სოლენოიდის ღერძი იყოს ცილინდრული ანოდის ღერძის პარალელურად. ამ შემთხვევაში, როდესაც დენი Ic გადის სოლენოიდის გრაგნილში, მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ანოდსა და კათოდს შორის არსებულ რგოლურ სივრცეში, ახვევს ელექტრონების სწორხაზოვან ტრაექტორიას. სოლენოიდის დენის Ic მატებასთან ერთად და, შესაბამისად, მაგნიტური ინდუქციის B სიდიდე იზრდება, ელექტრონის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი მცირდება. ამასთან, B მაგნიტური ინდუქციის მცირე მნიშვნელობებზე, ყველა ელექტრონი, რომელიც ადრე მიაღწია ანოდს (B = 0) მაინც დაეცემა ანოდზე და მილიამმეტრი ჩაიწერს ანოდის დენის Ia მუდმივ მნიშვნელობას (ნახ. 1). მაგნიტური ინდუქციის ეგრეთ წოდებული კრიტიკული მნიშვნელობისას (Bcr), ელექტრონები გადაადგილდებიან ცილინდრული ანოდის შიდა ზედაპირზე ტანგენტიანი ტრაექტორიების გასწვრივ, ე.ი. უკვე წყვეტს ანოდამდე მისვლას, რაც იწვევს ანოდის დენის მკვეთრ შემცირებას და მის სრულ შეწყვეტას B მნიშვნელობებზე.< Bкр В = Bкр В > Bcr b a C ნახ. 1. ელექტრონის იდეალური (a) და რეალური (b) განმუხტვის მახასიათებლები მუდმივად იცვლება ელექტრული ველის ძალების მიერ მისთვის მინიჭებული აჩქარების გამო. ამიტომ, ელექტრონული ტრაექტორიის ზუსტი გამოთვლა საკმაოდ რთულია. თუმცა, როდესაც ანოდის რადიუსი ra ბევრად აღემატება კათოდის რადიუსს (ra >> rk), ითვლება, რომ ელექტრონის სიჩქარის ძირითადი ზრდა ელექტრული ველის მოქმედებით ხდება კათოდთან ახლოს მდებარე რეგიონში, სადაც ელექტრული ველის სიძლიერე მაქსიმალურია და, შესაბამისად, ელექტრონებს ყველაზე დიდი აჩქარება ენიჭება. ელექტრონის შემდგომი გზა გაივლის თითქმის მუდმივი სიჩქარით და მისი ტრაექტორია ახლოს იქნება წრესთან. ამასთან დაკავშირებით, Bcr მაგნიტური ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობაზე, ელექტრონის მოძრაობის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი აღებულია, როგორც მანძილი, რომელიც უდრის ინსტალაციაში გამოყენებული ნათურის ანოდის რადიუსის ნახევარს, ე.ი. რა რკრ = . (4) 2 ელექტრონის სიჩქარე განისაზღვრება იმ პირობით, რომ მისი კინეტიკური ენერგია უდრის ელექტრული ველის მიერ დახარჯულ სამუშაოს ამ ენერგიის გადასაცემად mv 2 = eU a , (5) 2 სადაც Uа არის პოტენციური სხვაობა ნათურის ანოდსა და კათოდს შორის. სიჩქარის მნიშვნელობების ჩანაცვლება (5-დან), ტრაექტორიის RKR რადიუსის (4)-დან (3)-ში (3) მაგნიტური ველის ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობაზე, ჩვენ ვიღებთ გამოხატვას m/FORM : e 8U = 2 a2 . (6) m ra Bcr გაუმჯობესებული გამოთვლა კათოდური რადიუსის (rc) გათვალისწინებით იძლევა მიმართულებას ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დასადგენად e 8U a = . (7) m  r2  ra 2 Bcr 2 1 − k2   r   a  სასრული სიგრძის სოლენოიდისთვის, მის ცენტრალურ ნაწილში კრიტიკული მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა უნდა გამოითვალოს μ 0 ფორმულით ( I გ) cr N Bcr = , (8) 4 R 2 + L2 სადაც N არის სოლენოიდის შემობრუნების რაოდენობა; L, R არის სოლენოიდის რადიუსის სიგრძე და საშუალო მნიშვნელობა; (Ic)cr. არის სოლენოიდის დენი, რომელიც შეესაბამება მაგნიტური ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობას. Bcr (7)-ში ჩანაცვლებით მივიღებთ საბოლოო გამოხატულებას კონკრეტული მუხტისთვის 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. ანოდის დენის დამოკიდებულება სოლენოიდის დენზე Iа = ƒ(Ic). უნდა აღინიშნოს, რომ იდეალური ხარვეზის მახასიათებლისგან განსხვავებით (ნახ. 1, ა), რეალურ მახასიათებელს აქვს ნაკლებად ციცაბო დაცემის ნაწილი (ნახ. 1, ბ). ეს აიხსნება იმით, რომ ელექტრონები გამოიყოფა გაცხელებული კათოდით სხვადასხვა საწყისი სიჩქარით. ელექტრონების სიჩქარის განაწილება თერმული ემისიის დროს ახლოსაა აირში მოლეკულების მაქსველის სიჩქარის განაწილების ცნობილ კანონთან. ამასთან დაკავშირებით, სხვადასხვა ელექტრონებისთვის კრიტიკული პირობები მიიღწევა სოლენოიდის დენის სხვადასხვა მნიშვნელობებზე, რაც იწვევს მრუდის Iа = ƒ(Ic) გამარტივებას. ვინაიდან, მაქსველის განაწილების მიხედვით, კათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების უმეტესი ნაწილის საწყისი სიჩქარე სავარაუდოს მიახლოებულია გარკვეული კათოდური ტემპერატურისთვის, გადატვირთვის მახასიათებლის ყველაზე მკვეთრი ვარდნა შეინიშნება, როდესაც სოლენოიდის დენი აღწევს კრიტიკულს. მნიშვნელობა (Ic)cr ელექტრონების ამ კონკრეტული ჯგუფისთვის. ამიტომ კრიტიკული დენის მნიშვნელობის დასადგენად გამოიყენება გრაფიკული დიფერენციაციის მეთოდი. ამ მიზნით, დამოკიდებულება ∆I a = f (I c) ∆I c გამოსახულია დამოკიდებულების გრაფიკზე Iа = ƒ(Ic) სოლენოიდის დენის იგივე მნიშვნელობებზე. ∆Ia არის ანოდის დენის მატება სოლენოიდის დენის შესაბამისი ცვლილებით ∆Ic. ∆I a გამონადენის მახასიათებლის Ia = ƒ(Ic) (a) და ფუნქციის = f (I c) (b) სავარაუდო ხედი ნაჩვენებია ნახ. 2. სოლენოიდის (Ic)cr კრიტიკული დენის ΔI c ∆I a მნიშვნელობა, რომელიც შეესაბამება მრუდის მაქსიმუმს = f (I c) , აღებულია Bcr-ის გამოსათვლელად (8) ფორმულის მიხედვით. ∆I c Ia Ia Ic a b (Ic)cr Ic 2. ნათურის გადატვირთვა (a) და დიფერენციალური (b) მახასიათებლები. ინსტალაციის აღწერა ინსტალაცია აწყობილია 6E5C ნათურაზე, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც ელექტრონულ მაჩვენებლად. ინსტალაციის ელექტრო დიაგრამა წარმოდგენილია ნახ. 3. ნათურა მიეწოდება მუდმივი დენით VUP-2M გამასწორებლიდან, სადაც ძაბვის მნიშვნელობა ანოდსა და კათოდს შორის რეგულირდება წრიული პოტენციომეტრის დახმარებით (V0 OF 1 OF0). ნათურის კათოდი თბება ცვლადი ძაბვით, ძაბვით ~ 6.3 ვ ამოღებულია მაკორექტირებელი ტერმინალებიდან. რექტიფიკატორი დაკავშირებულია 220 ვ ძაბვის ქსელთან დაყენებულ ლაბორატორიულ სარტყელზე. ბრინჯი. 3. მონტაჟის ელექტრო დიაგრამა: VUP-2M + R ~ 220V 10 - 100 V - V A ~ 6.3V VUP-2M - რექტიფიერი; R - პოტენციომეტრი 0 ... 30 OM; A - AMMETER 0 ... 2A; MA - მილიამმეტრი - 0 ... 2 MA; V - ვოლტმეტრი 0 ... 100 V სოლენოიდი L პოტენციომეტრით R იკვებება DC წყაროდან, რომელიც დაკავშირებულია ± 40 V სოკეტთან, რომელიც ასევე დამონტაჟებულია ლაბორატორიულ მაგიდაზე. სოლენოიდის დენი იზომება ამპერმეტრით 0 ... 2 ა ლიმიტით, ანოდის დენი ჩაწერილია მილიამმეტრით 0 ... 2 mA ლიმიტებით, ხოლო ანოდის ძაბვა აღირიცხება ვოლტმეტრით გაზომვის ლიმიტებით. 0 ... 150 V. პროცესი და შედეგების დამუშავება დიაგრამა ნახ. 3. საზომ ინსტრუმენტებზე დააწესეთ გაზომილი სიდიდეების შესაბამისი ლიმიტები და განსაზღვრეთ თითოეული მათგანის გაყოფის მნიშვნელობა. 2 შეაერთეთ VUP-2M რექტფიკატორი 220 ვ სოკეტთან, ხოლო R პოტენციომეტრის გამოსასვლელები +40 ვ სოკეტთან. შეამოწმეთ ნათურის ნათების გამომავალი გამომასწორებელი ტერმინალები ~6.3 V. მასწავლებლის მიერ მითითებული ანოდის ძაბვის მნიშვნელობები. (U a1). 4 სოლენოიდში ნულოვანი დენის დროს, გაითვალისწინეთ ანოდის დენის მაქსიმალური მნიშვნელობა (Iа) max. შემდეგ პოტენციომეტრი R-ის გამოყენებით გაზარდეთ დენი სოლენოიდში (Ic) გარკვეული ინტერვალის შემდეგ (მაგალითად, ∆Ic = 0.1 A), ყოველ ჯერზე დააფიქსირეთ ანოდის დენის მნიშვნელობა. მიიღეთ მინიმუმ 15 ... 18 გაზომვა. შეიყვანეთ Ic-ისა და Ia-ს მიღებული მნიშვნელობები ცხრილში. 1. ცხრილები 1 – 3 ანოდის დენი, სოლენოიდის ∆Ia, ∆Ic (A) დენის მატება სოლენოიდის დენი, Ic ზრდის ანოდის დენი Ia e (mA) (mA) ∆I a (A) No (Ic)cr Bcr m p / n ∆I c (A) (T) (C/kg) ანოდი - კათოდური ძაბვა U a 1 1: 18 ანოდი - კათოდური ძაბვა U a2 1: 18 ანოდი - კათოდური ძაბვა U a3 1: 18 5 დააყენეთ სხვა მითითებული ძაბვა ვოლტმეტრზე (U a 2) და გაიმეორეთ ყველა ოპერაცია მე-4 პუნქტში. შეიყვანეთ ახალი მონაცემები ცხრილში. 2. განახორციელეთ ძაბვის მსგავსი გაზომვები (U a3) და შეიყვანეთ ცხრილში მიღებული გაზომვები. 3. 6 ანოდის ძაბვის თითოეული მნიშვნელობისთვის გამოვსახოთ გრაფიკული დამოკიდებულებები Iа = ƒ(Ic). იმავე სქემებზე ∆I a დახაზეთ ანოდის დენის წარმოებულის (dIa) დამოკიდებულებები სოლენოიდულ დენზე, ე.ი. = f (I c) და მათგან განსაზღვრავს სოლენოიდის დენის (Ic)cr კრიტიკულ ΔI c მნიშვნელობებს, როგორც სქემატურად ნაჩვენებია ნახ. 2. 7 შეცვალეთ ნაპოვნი მნიშვნელობები (Ic)cr ფორმულაში (8) და შეაფასეთ მაგნიტური ველის კრიტიკული ინდუქციის (Bcr) მნიშვნელობები ანოდის ძაბვის ყველა მნიშვნელობისთვის. 8 ფორმულების (7) და (9) გამოყენებით გამოთვალეთ ელექტრონის კონკრეტული მუხტის სამი მნიშვნელობა (e/m)1,2,3. იპოვეთ მისი საშუალო მნიშვნელობა და შეადარეთ ცხრილის მნიშვნელობას. 9 გამოთვალეთ ფარდობითი შეცდომა სასურველი მნიშვნელობის (e/m) განსაზღვრისას ფორმულის გამოყენებით: (I c) cr 2 ∆ N 2 ∆ rk ∆ RR + ∆ LL + . + 2 2 + R +L N rk R, L, N, ra, rk-ის მნიშვნელობები მოცემულია ინსტალაციაზე და იღებენ მათ შეცდომებს მუდმივი მნიშვნელობების ცნობილი წესების მიხედვით. შეცდომები ∆µ0 და ∆N შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს. შეცდომები (∆Ic)cr და ∆Ua განისაზღვრება ამმეტრისა და ვოლტმეტრის სიზუსტის კლასის მიხედვით. 10 ფარდობითი შეცდომიდან გამომდინარე, იპოვეთ აბსოლუტური შეცდომა ∆(e/m), შეიყვანეთ ყველა გამოთვლილი მნიშვნელობა ცხრილში. 1 – 3 და მიეცით საბოლოო შედეგი e m = (e m) cf ± ∆ (e m) . 11 შედეგების ანალიზი და დასკვნების გამოტანა. ტესტის კითხვები 1 რა პირობებში არის დამუხტული ნაწილაკის ტრაექტორია მაგნიტურ ველში წრეში? 2 გვიამბეთ სამონტაჟო მოწყობილობის შესახებ და ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დასადგენად „მაგნიტრონის მეთოდის“ არსზე. 3 რა არის სოლენოიდის კრიტიკული დენი, მაგნიტური ინდუქციის კრიტიკული მნიშვნელობა? 4 ახსენით ელექტრონების ტრაექტორია კათოდიდან ანოდამდე სოლენოიდის დენის Ic-ზე< Iкр, Ic = Iкр, Ic > იკრ. 5 გამოიღეთ ფორმულა (6) და (8). 6 ახსენით ფუნდამენტური განსხვავება ვაკუუმური მილის იდეალურ და რეალურ გადატვირთვის მახასიათებლებს შორის. რეკომენდირებული საკითხავების სია 1 საველიევი IV ზოგადი ფიზიკის კურსი. T. 2. M.: Nauka, 1982. 2. A. A. Detlaf, B. M. Yavorsky, et al., ფიზიკის კურსი. მოსკოვი: უმაღლესი სკოლა, 1989. 3 ბურავიხინი V.A. და სხვ. პრაქტიკა მაგნეტიზმის შესახებ. მ.: უმაღლესი სკოლა, 1979. 4 მაისოვა ნ.ნ. სემინარი ზოგადი ფიზიკის კურსზე. მ.: უმაღლესი სკოლა, 1970. ლაბორატორიული სამუშაოები კონტურში საკუთარი ელექტრომაგნიტური რხევების შესწავლა სამუშაოს მიზანი: რხევითი წრედის პარამეტრების გავლენის შესწავლა მასში წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტური რხევების ბუნებაზე, აგრეთვე. გრაფიკული ინფორმაციის დამუშავების უნარ-ჩვევების შეძენა. მოწყობილობები და აქსესუარები: მოკლევადიანი მართკუთხა იმპულსების ელექტრონული გენერატორი, მიკროსქემის კონდენსატორის პერიოდული დამუხტვა, სხვადასხვა სიმძლავრის კონდენსატორების სისტემა, სერიასთან დაკავშირებული ინდუქტორების ბატარეა, რეზისტორების ნაკრები, ელექტრონული ოსცილოსკოპი, უიტსტოუნის ხიდი, კონცენტრატორები. , გასაღებები. გაიდლაინები ელექტრო რხევის წრეში ხდება პერიოდული ცვლილებები ფიზიკურ სიდიდეებში (დენი, დამუხტვის ძაბვა და ა.შ.). რეალური რხევითი წრე გამარტივებული ფორმით შედგება კონდენსატორი C, ინდუქტორი L და აქტიური წინააღმდეგობა R, რომლებიც დაკავშირებულია სერიაში (ნახ. 1). თუ კონდენსატორი დამუხტულია და შემდეგ გასაღები K დახურულია, მაშინ წრეში მოხდება ელექტრომაგნიტური რხევები. კონდენსატორი დაიწყებს გამონადენს და წრეში გამოჩნდება მზარდი დენი და მის პროპორციული მაგნიტური ველი. მაგნიტური ველის ზრდა იწვევს EMF წრეში თვითინდუქციის გამოჩენას: საკონტროლო კითხვები 1 ინდუქციისა და მაგნიტური ველის სიძლიერის ცნებების ფიზიკური მნიშვნელობა. 2 ჩაწერეთ ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონი და აჩვენეთ მისი გამოყენება პირდაპირი დენის ველისა და წრიული დენის მატარებელი ღერძის ღერძის გამოთვლაში. 3 გამოიტანეთ სასრული სიგრძის სოლენოიდის ველის გამოთვლის ფორმულები. 4 ახსენით მაგნიტური ველის ინდუქციური ვექტორის ცირკულაციის თეორემის ფიზიკური მნიშვნელობა და მისი გამოყენება უსასრულოდ გრძელი სოლენოიდის ველის გამოსათვლელად. 5 ახსენით მუშაობის პრინციპი, ინსტალაციის სქემა და გაზომვის ტექნიკა. 6 როგორ შეიცვლება ველის განაწილება სოლენოიდის ღერძის გასწვრივ მის სიგრძესა და დიამეტრს შორის თანაფარდობის მიხედვით? რეკომენდირებული საკითხავების სია 1 საველიევი IV ზოგადი ფიზიკის კურსი. T. 2. M., 1982. 2 Detlaf A. A., Yavorsky B. M. ფიზიკის კურსი. M., 1987. 3 Akhmatov AS et al.ლაბორატორიული პრაქტიკა ფიზიკაში. M., 1980. 4 Irodov IE ელექტრომაგნიტიზმის ძირითადი კანონები. მ.: უმაღლესი სკოლა, 1983. ლაბორატორიული სამუშაო ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრა "მაგნიტრონის მეთოდით" სამუშაოს მიზანი: გაეცნონ ურთიერთპერპენდიკულარული ელექტრული და მაგნიტური ველების შექმნის მეთოდს, ელექტრონების მოძრაობას. ასეთი გადაკვეთილი ველები. ექსპერიმენტულად განსაზღვრეთ ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის სიდიდე. მოწყობილობები და აქსესუარები: ელექტრონული ნათურა 6E5S, სოლენოიდი, კვების წყარო VUP-2M, მილიამმეტრი, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, პოტენციომეტრი, დამაკავშირებელი სადენები. გაიდლაინები ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრის ერთ-ერთი ექსპერიმენტული მეთოდი (ელექტრონული მუხტის თანაფარდობა მის მასასთან e/m) ეფუძნება ურთიერთპერპენდიკულარულ მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობის შესწავლის შედეგებს. ამ შემთხვევაში მოძრაობის ტრაექტორია დამოკიდებულია ნაწილაკების მუხტის თანაფარდობაზე მის მასაზე. ნამუშევარში გამოყენებული მეთოდის სახელწოდება განპირობებულია იმით, რომ ელექტრონების მსგავსი მოძრაობა მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში იმავე კონფიგურაციის მაგნიტრონებს - მოწყობილობებში, რომლებიც გამოიყენება ულტრამაღალი სიხშირის ძლიერი ელექტრომაგნიტური რხევების შესაქმნელად. ამ მეთოდის ახსნის ძირითადი კანონზომიერებები შეიძლება გამოვლინდეს სიმარტივისთვის v სიჩქარით მოფრენილი ელექტრონის მოძრაობის განხილვით ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში, რომლის ინდუქციური ვექტორი პერპენდიკულარულია მოძრაობის მიმართულებაზე. როგორც ცნობილია, ამ შემთხვევაში, მაქსიმალური ლორენცის ძალა Fl = evB მოქმედებს ელექტრონზე, როდესაც ის მოძრაობს მაგნიტურ ველში, რომელიც პერპენდიკულარულია ელექტრონის სიჩქარეზე და, შესაბამისად, არის ცენტრიდანული ძალა. ამ შემთხვევაში, ელექტრონის მოძრაობა ასეთი ძალის მოქმედებით ხდება წრის გასწვრივ, რომლის რადიუსი განისაზღვრება პირობით: mv 2 evB = , (1) r სადაც e, m, v არის მუხტი, ელექტრონის მასა და სიჩქარე, შესაბამისად; B არის მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა; r არის წრის რადიუსი. ან mv r= . (2) eB (2) მიმართებიდან ჩანს, რომ ელექტრონის მოძრაობის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი შემცირდება მაგნიტური ველის ინდუქციის მატებასთან ერთად და გაიზრდება მისი სიჩქარის ზრდასთან ერთად. კონკრეტული მუხტის მნიშვნელობის გამოსახატავად (1)-დან ვიღებთ: e v = . (3) m rB (3)-დან გამომდინარეობს, რომ e/m თანაფარდობის დასადგენად აუცილებელია ვიცოდეთ ელექტრონის მოძრაობის სიჩქარე v, მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა В და ელექტრონული ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი. რ. პრაქტიკაში, ელექტრონების ასეთი მოძრაობის სიმულაციისთვის და მითითებული პარამეტრების დასადგენად, შემდეგნაირად ხდება. მოძრაობის სიჩქარის გარკვეული მიმართულების ელექტრონები მიიღება ორ ელექტროდიანი ელექტრონული მილის გამოყენებით ცილინდრის სახით დამზადებული ანოდით, რომლის ღერძის გასწვრივ მდებარეობს ძაფისებრი კათოდი. როდესაც პოტენციური სხვაობა (ანოდის ძაბვა Ua) გამოიყენება ანოდსა და კათოდს შორის არსებულ რგოლურ სივრცეში, იქმნება რადიალურად მიმართული ელექტრული ველი, რომლის მოქმედებით თერმიონული ემისიის გამო კათოდიდან გამოსხივებული ელექტრონები სწორხაზოვნად გადაადგილდებიან. ანოდის რადიუსები და ანოდის წრეში შემავალი მილიამმეტრი, აჩვენებს ანოდის დენის გარკვეულ მნიშვნელობას Ia. ერთიანი მაგნიტური ველი ელექტრულზე პერპენდიკულარული და, შესაბამისად, ელექტრონების სიჩქარე, მიიღება ნათურის მოთავსებით სოლენოიდის შუა ნაწილში ისე, რომ სოლენოიდის ღერძი იყოს ცილინდრული ანოდის ღერძის პარალელურად. ამ შემთხვევაში, როდესაც დენი Ic გადის სოლენოიდის გრაგნილში, მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ანოდსა და კათოდს შორის არსებულ რგოლურ სივრცეში, ახვევს ელექტრონების სწორხაზოვან ტრაექტორიას. სოლენოიდის დენის Ic მატებასთან ერთად და, შესაბამისად, მაგნიტური ინდუქციის B სიდიდე იზრდება, ელექტრონის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი მცირდება. ამასთან, B მაგნიტური ინდუქციის მცირე მნიშვნელობებზე, ყველა ელექტრონი, რომელიც ადრე მიაღწია ანოდს (B = 0) მაინც დაეცემა ანოდზე და მილიამმეტრი ჩაიწერს ანოდის დენის Ia მუდმივ მნიშვნელობას (ნახ. 1). მაგნიტური ინდუქციის ეგრეთ წოდებული კრიტიკული მნიშვნელობისას (Bcr), ელექტრონები გადაადგილდებიან ცილინდრული ანოდის შიდა ზედაპირზე ტანგენტიანი ტრაექტორიების გასწვრივ, ე.ი. უკვე წყვეტს ანოდამდე მისვლას, რაც იწვევს ანოდის დენის მკვეთრ შემცირებას და მის სრულ შეწყვეტას B > Bcr-ზე. იდეალური დამოკიდებულების ფორმა Iа = ƒ(B), ან ეგრეთ წოდებული გადატვირთვის მახასიათებელი, ნაჩვენებია ნახ. 1 წყვეტილი ხაზი (a). იგივე ფიგურა სქემატურად გვიჩვენებს ელექტრონების ტრაექტორიებს ანოდსა და კათოდს შორის არსებულ სივრცეში მაგნიტური ველის ინდუქციის B სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ შემთხვევაში, ელექტრონების ტრაექტორიები მაგნიტურ ველში აღარ არის წრეები. , მაგრამ ხაზები გამრუდების ცვლადი რადიუსით. ეს იმიტომ, რომ სიჩქარე Ia A K B=0 V< Bкр В = Bкр В > Bcr b a C ნახ. 1. ელექტრონის იდეალური (a) და რეალური (b) განმუხტვის მახასიათებლები მუდმივად იცვლება ელექტრული ველის ძალების მიერ მისთვის მინიჭებული აჩქარების გამო. ამიტომ, ელექტრონული ტრაექტორიის ზუსტი გამოთვლა საკმაოდ რთულია. თუმცა, როდესაც ანოდის რადიუსი ra ბევრად აღემატება კათოდის რადიუსს (ra >> rk), ითვლება, რომ ელექტრონის სიჩქარის ძირითადი ზრდა ელექტრული ველის მოქმედებით ხდება კათოდთან ახლოს მდებარე რეგიონში, სადაც ელექტრული ველის სიძლიერე მაქსიმალურია და, შესაბამისად, ელექტრონებს ყველაზე დიდი აჩქარება ენიჭება. ელექტრონის შემდგომი გზა გაივლის თითქმის მუდმივი სიჩქარით და მისი ტრაექტორია ახლოს იქნება წრესთან. ამასთან დაკავშირებით, Bcr მაგნიტური ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობაზე, ელექტრონის მოძრაობის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი აღებულია, როგორც მანძილი, რომელიც უდრის ინსტალაციაში გამოყენებული ნათურის ანოდის რადიუსის ნახევარს, ე.ი. რა რკრ = . (4) 2 ელექტრონის სიჩქარე განისაზღვრება იმ პირობით, რომ მისი კინეტიკური ენერგია უდრის ელექტრული ველის მიერ დახარჯულ სამუშაოს ამ ენერგიის გადასაცემად mv 2 = eU a , (5) 2 სადაც Uа არის პოტენციური სხვაობა ნათურის ანოდსა და კათოდს შორის. სიჩქარის მნიშვნელობების ჩანაცვლება (5-დან), ტრაექტორიის RKR რადიუსის (4)-დან (3)-ში (3) მაგნიტური ველის ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობაზე, ჩვენ ვიღებთ გამოხატვას m/FORM : e 8U = 2 a2 . (6) m ra Bcr გაუმჯობესებული გამოთვლა კათოდური რადიუსის (rc) გათვალისწინებით იძლევა მიმართულებას ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დასადგენად e 8U a = . (7) m  r2  ra 2 Bcr 2 1 − k2   r   a  სასრული სიგრძის სოლენოიდისთვის, მის ცენტრალურ ნაწილში კრიტიკული მაგნიტური ველის ინდუქციის მნიშვნელობა უნდა გამოითვალოს μ 0 ფორმულით ( I გ) cr N Bcr = , (8) 4 R 2 + L2 სადაც N არის სოლენოიდის შემობრუნების რაოდენობა; L, R არის სოლენოიდის რადიუსის სიგრძე და საშუალო მნიშვნელობა; (Ic)cr. არის სოლენოიდის დენი, რომელიც შეესაბამება მაგნიტური ინდუქციის კრიტიკულ მნიშვნელობას. Bcr (7)-ში ჩანაცვლებით მივიღებთ საბოლოო გამოხატულებას კონკრეტული მუხტისთვის e 8U a (4 R 2 + L2) = . (9) 2 2 m 2  2 μ 0 ra (I c) cr N 1 − rk   r2  a  . ანოდის დენის დამოკიდებულება სოლენოიდის დენზე Iа = ƒ(Ic). უნდა აღინიშნოს, რომ იდეალური ხარვეზის მახასიათებლისგან განსხვავებით (ნახ. 1, ა), რეალურ მახასიათებელს აქვს ნაკლებად ციცაბო დაცემის ნაწილი (ნახ. 1, ბ). ეს აიხსნება იმით, რომ ელექტრონები გამოიყოფა გაცხელებული კათოდით სხვადასხვა საწყისი სიჩქარით. ელექტრონების სიჩქარის განაწილება თერმული ემისიის დროს ახლოსაა აირში მოლეკულების მაქსველის სიჩქარის განაწილების ცნობილ კანონთან. ამასთან დაკავშირებით, სხვადასხვა ელექტრონებისთვის კრიტიკული პირობები მიიღწევა სოლენოიდის დენის სხვადასხვა მნიშვნელობებზე, რაც იწვევს მრუდის Iа = ƒ(Ic) გამარტივებას. ვინაიდან, მაქსველის განაწილების მიხედვით, კათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების უმეტესი ნაწილის საწყისი სიჩქარე სავარაუდოს მიახლოებულია გარკვეული კათოდური ტემპერატურისთვის, გადატვირთვის მახასიათებლის ყველაზე მკვეთრი ვარდნა შეინიშნება, როდესაც სოლენოიდის დენი აღწევს კრიტიკულს. მნიშვნელობა (Ic)cr ელექტრონების ამ კონკრეტული ჯგუფისთვის. ამიტომ კრიტიკული დენის მნიშვნელობის დასადგენად გამოიყენება გრაფიკული დიფერენციაციის მეთოდი. ამ მიზნით, დამოკიდებულება ∆I a = f (I c) ∆I c გამოსახულია დამოკიდებულების გრაფიკზე Iа = ƒ(Ic) სოლენოიდის დენის იგივე მნიშვნელობებზე. ∆Ia არის ანოდის დენის მატება სოლენოიდის დენის შესაბამისი ცვლილებით ∆Ic. ∆I a გამონადენის მახასიათებლის Ia = ƒ(Ic) (a) და ფუნქციის = f (I c) (b) სავარაუდო ხედი ნაჩვენებია ნახ. 2. სოლენოიდის (Ic)cr კრიტიკული დენის ΔI c ∆I a მნიშვნელობა, რომელიც შეესაბამება მრუდის მაქსიმუმს = f (I c) , აღებულია Bcr-ის გამოსათვლელად (8) ფორმულის მიხედვით. ∆I c Ia Ia Ic a b (Ic)cr Ic 2. ნათურის (a) და დიფერენციალური (ბ) მახასიათებლების გადატვირთვა

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტროს უმაღლესი პროფესიული განათლების ფედერალური სახელმწიფო საბიუჯეტო საგანმანათლებლო დაწესებულება "ვორონეჟის სახელმწიფო სატყეო საინჟინრო აკადემია" ფიზიკის ლაბორატორიული პრაქტიკა მაგნიტიზმი VORONEZH 2014 2 UDC 537 F-50 გამოქვეყნებულია FGBOU საგანმანათლებლო და მეთოდოლოგიური საბჭოს გადაწყვეტილებით. VPO "VGLTA" ბირიუკოვა ი.პ. ფიზიკა [ტექსტი]: ლაბორატორია. სახელოსნო. მაგნეტიზმი: I.P. ბირიუკოვა, ვ.ნ. ბოროდინი, ნ.ს. კამალოვა, ნ.იუ. ევსიკოვა, ნ.ნ. მატვეევი, ვ.ვ. საუშკინი; რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო, FGBOU VPO "VGLTA". - ვორონეჟი, 2014. - 40 გვ. მმართველი რედაქტორი საუშკინ V.V. მიმომხილველი: Cand. ფიზ.-მათ. მეცნიერებათა ასოც. ფიზიკის დეპარტამენტი VGAU V.A. ბელოგლაზოვი მოცემულია საჭირო თეორიული ინფორმაცია, აღწერა და პროცედურა ხმელეთის მაგნეტიზმის, ლორენცის ძალისა და ამპერის ძალის შესწავლის, ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრის შესახებ ლაბორატორიული სამუშაოების შესასრულებლად. განხილულია ელექტრონული ოსცილოსკოპის მოწყობილობა და მუშაობის პრინციპი. სახელმძღვანელო განკუთვნილია დარგებისა და სპეციალობების სრულ განაკვეთზე და არასრულ განაკვეთზე სტუდენტებისთვის, რომელთა სასწავლო გეგმები ითვალისწინებს ფიზიკის ლაბორატორიულ სახელოსნოს. 3 სარჩევი ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.1 (25) დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტის განსაზღვრა …………………………………………………………………………………… … 4 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.2 (26) მაგნიტური ინდუქციის განსაზღვრა ………………………………………………. 12 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.3 (27) ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრა კათოდური სხივის მილის გამოყენებით ………………………………………………………………………… 17 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.4 (28) ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრა ინდიკატორის ნათურის გამოყენებით ………………………………………………………………………………… ... 25 ლაბორატორიული სამუშაო № 5.5 (29) ფერომაგნიტის მაგნიტური თვისებების შესწავლა …………………………. 32 დანართი 1. ზოგიერთი ფიზიკური მუდმივი ...................................... ................... ................ 38 2. ათწილადი პრეფიქსები ერთეულების სახელებზე ..... ........................................... 38 3. სიმბოლიკა ელექტრო საზომი ხელსაწყოების სკალაზე ..................... 38 ბიბლიოგრაფიული სია ............... ...................................................... .............. 39 ლაბორატორია #5.1 (25) დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტის განსაზღვრა სამუშაოს მიზანი: ვაკუუმში მაგნიტური ველის კანონების შესწავლა; დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტის გაზომვა. თეორიული მინიმალური მაგნიტური ველი მაგნიტური ველი იქმნება მოძრავი ელექტრული მუხტების (ელექტრული დენი), მაგნიტიზებული სხეულების (მუდმივი მაგნიტები) ან დროში ცვალებადი ელექტრული ველის შედეგად. მაგნიტური ველის არსებობა გამოიხატება მისი ძალის მოქმედებით მოძრავ ელექტრულ მუხტზე (გამტარი დენით), ასევე ველის ორიენტირების ეფექტით მაგნიტურ ნემსზე ან დახურულ გამტარზე (ჩარჩოზე) დენით. მაგნიტური ინდუქცია მაგნიტური ინდუქცია B არის ვექტორი, რომლის მოდული განისაზღვრება მაგნიტურ ველში არსებულ მარყუჟზე მოქმედი ძალების მაქსიმალური მომენტის თანაფარდობით M B = max . (1) pm ვექტორის B მიმართულება ემთხვევა ნორმალის მიმართულებას მარყუჟის მიმართ დენთან, რომელიც დადგენილია მაგნიტურ ველში. ჩარჩოს მაგნიტური მომენტი pm დენის მოდულით ტოლია დენის სიმძლავრის I და S ფართობის ნამრავლის, რომელიც შემოსაზღვრულია pm = IS ჩარჩოთი. ვექტორის p m მიმართულება ემთხვევა ნორმალის მიმართულებას ჩარჩოსკენ. ნორმალის მიმართულება ჩარჩოს მიმართ დენით განისაზღვრება მარჯვენა ხრახნის წესით: თუ მარჯვენა ძაფით ხრახნი შემოტრიალდება ჩარჩოში დენის მიმართულებით, მაშინ ხრახნის გადამყვანი მოძრაობა დაემთხვევა ნორმალის მიმართულება ჩარჩოს სიბრტყის მიმართ (ნახ. 1). მაგნიტური ინდუქციის B მიმართულება ასევე აჩვენებს მაგნიტური ნემსის ჩრდილოეთ ბოლოს, რომელიც დამკვიდრებულია მაგნიტურ ველში. მაგნიტური ინდუქციის SI ერთეული არის ტესლა (T). 2 ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონი გამტარის ყოველი ელემენტი dl დირიჟორით I დენით ქმნის A რაღაც მომენტში მაგნიტურ ველს ინდუქციური dB, რომლის სიდიდე პროპორციულია dl ვექტორების ვექტორული ნამრავლისა და რადიუსის ვექტორის r-დან გამოყვანილი. ელემენტი dl მოცემულ A წერტილამდე (ნახ. 2 ) μ μI dB = 0 3 , (2) 4π r სადაც dl არის გამტარის უსასრულოდ მცირე ელემენტი, რომლის მიმართულება ემთხვევა გამტარში დენის მიმართულებას; r არის ვექტორის r მოდული; μ0 არის მაგნიტური მუდმივი; μ არის იმ გარემოს მაგნიტური გამტარიანობა, რომელშიც მდებარეობს ელემენტი და წერტილი A (ვაკუუმისთვის μ = 1, ჰაერისთვის μ ≅ 1). dB არის სიბრტყის პერპენდიკულარული ვექტორი, რომელშიც განლაგებულია ვექტორები dl და r (ნახ. 2). ვექტორის მიმართულება dB განისაზღვრება მარჯვენა ხრახნის წესით: თუ მარჯვენა ძაფის მქონე ხრახნი შემოატრიალებულია dl-დან r-მდე უფრო მცირე კუთხის მიმართულებით, მაშინ ხრახნის გადამყვანი მოძრაობა დაემთხვევა მიმართულება dB. ვექტორული განტოლება (2) სკალარული ფორმით განსაზღვრავს მაგნიტური ინდუქციის მოდულს μ μ I dl sinα dB = 0 , (3) 4π r 2 სადაც α არის კუთხე dl და r ვექტორებს შორის. მაგნიტური ველების სუპერპოზიციის პრინციპი თუ მაგნიტურ ველს ქმნის რამდენიმე გამტარი დენით (მოძრავი მუხტები, მაგნიტები და ა.შ.), მაშინ მიღებული მაგნიტური ველის ინდუქცია უდრის მაგნიტური ველების ინდუქციის ჯამს. თითოეული გამტარი ცალ-ცალკე: B res = ∑ B i . i შეკრება ხორციელდება ვექტორული შეკრების წესების მიხედვით. მაგნიტური ინდუქცია წრიული გამტარის ღერძზე დენით ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონის და სუპერპოზიციის პრინციპის გამოყენებით შეიძლება გამოვთვალოთ თვითნებური გამტარის მიერ დენით შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქცია. ამისათვის გამტარი იყოფა dl ელემენტებად და (2) ფორმულით გამოითვლება თითოეული ელემენტის მიერ შექმნილი ველის ინდუქციური dB სივრცის განხილულ წერტილში. სამივე გამტარის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველის B ინდუქცია ტოლი იქნება თითოეული ელემენტის მიერ შექმნილი ველების ინდუქციების ჯამისა (რადგან ელემენტები უსასრულოდ მცირეა, ჯამი მცირდება l გამტარის სიგრძეზე ინტეგრალის გამოთვლამდე. ) B = ∫ dB. (4) l მაგალითად, განვსაზღვროთ მაგნიტური ინდუქცია წრიული გამტარის ცენტრში I დენით (ნახ. 3a). მოდით R იყოს გამტარის რადიუსი. ხვეულის ცენტრში გამტარის dl ყველა ელემენტის ვექტორები dB მიმართულია ერთნაირად - ხვეულის სიბრტყის პერპენდიკულარულად მარჯვენა ხრახნის წესის შესაბამისად. მთელი წრიული გამტარის მიღებული ველის B ვექტორიც ამ წერტილზეა მიმართული. ვინაიდან ყველა ელემენტი dl პერპენდიკულარულია r რადიუსის ვექტორთან, მაშინ sinα = 1 და მანძილი თითოეული ელემენტიდან dl წრის ცენტრამდე იგივეა და ტოლია კოჭის R რადიუსის. ამ შემთხვევაში განტოლება (3) იღებს μ μ I dl ფორმას. dB = 0 4 π R2 ამ გამოხატვის ინტეგრირება გამტარის l სიგრძეზე 0-დან 2πR-მდე დიაპაზონში, ვიღებთ მაგნიტურ ველის ინდუქციას წრიული გამტარის ცენტრში I დენით. (5) B = μ0 μ 2R ანალოგიურად, შეიძლება მივიღოთ გამოხატულება მაგნიტური ინდუქციისთვის წრიული გამტარის ღერძზე სთ მანძილიდან ხვეულის ცენტრიდან დენით (ნახ. 3,ბ) B = μ0 μ I R 2 2 (R 2 + სთ 2) 3/2. ექსპერიმენტული ტექნიკა (6) 4 დედამიწა ბუნებრივი მაგნიტია, რომლის პოლუსები გეოგრაფიულ პოლუსებთან ახლოს მდებარეობს. დედამიწის მაგნიტური ველი მსგავსია პირდაპირი მაგნიტის ველის. მაგნიტური ინდუქციის ვექტორი დედამიწის ზედაპირთან ახლოს შეიძლება დაიშალოს ჰორიზონტალურ B Г და ვერტიკალურ B B კომპონენტებად: BEarth = В Г + В В. თუ მაგნიტურ ნემსს (მაგალითად, კომპასის ნემსს) შეუძლია თავისუფლად ბრუნოს ვერტიკალური ღერძის ირგვლივ, მაშინ დედამიწის მაგნიტური ველის ჰორიზონტალური კომპონენტის გავლენით ის დამონტაჟდება მაგნიტური მერიდიანის სიბრტყეში, B მიმართულებით. G. თუ ისრის მახლობლად იქმნება სხვა მაგნიტური ველი, რომლის ინდუქცია B მდებარეობს ჰორიზონტალურ სიბრტყეში, მაშინ ისარი შემობრუნდება გარკვეული კუთხით α და დაიდება ორივე ველის შედეგად მიღებული ინდუქციის მიმართულებით. ვიცოდეთ B და გაზომოთ α კუთხე, შეგვიძლია განვსაზღვროთ BG. ინსტალაციის ზოგადი ხედი, რომელსაც ეწოდება ტანგენტური გალვანომეტრი, ნაჩვენებია ნახ. 4, ელექტრული წრე ნაჩვენებია ნახ. 5. წრიული გამტარების (მოხვევების) ცენტრში 1 არის კომპასი 2, რომელიც შეიძლება გადაადგილდეს მოხვევების ღერძის გასწვრივ. მიმდინარე წყარო ε განლაგებულია კორპუსში 3, რომლის წინა პანელზე განთავსებულია: გასაღები K (ქსელი); პოტენციომეტრის ღილაკი R, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაარეგულიროთ დენი წრიულ გამტარში; მილიამმეტრი mA, რომელიც ზომავს დენის ძალას გამტარში; შეცვლა P, რომლითაც შეგიძლიათ შეცვალოთ დენის მიმართულება ტანგენტური გალვანომეტრის წრიულ გამტარში. გაზომვების დაწყებამდე კომპასის მაგნიტური ნემსი დამონტაჟებულია ცენტრში წრიული მობრუნების სიბრტყეში (სურ. 6). ამ შემთხვევაში, ხვეულებში დენის არარსებობის შემთხვევაში, მაგნიტური ნემსი აჩვენებს დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტის B G მიმართულებას. თუ დენს ჩართავთ წრიულ გამტარში, მაშინ მის მიერ შექმნილი ველის ინდუქციური ვექტორი B პერპენდიკულარული იქნება B G-ზე. ტანგენტური გალვანომეტრის მაგნიტური ნემსი შემობრუნდება გარკვეული კუთხით α და დაყენდება მიმართულებით. მიღებული ველის ინდუქციის (ნახ. 6 და სურ. 7). მაგნიტური ნემსის გადახრის α კუთხის ტანგენსი განისაზღვრება ფორმულით 5 tgα = (5) და (7) განტოლებიდან ვიღებთ BГ = B . BG (7) μo μ I . 2 R tgα მაგნიტური ინდუქციის გაზრდის ლაბორატორიულ ინსტალაციაში წრიული გამტარი შედგება N შემობრუნებისგან, რაც მაგნიტური მოქმედების მიხედვით უდრის დენის სიძლიერის N-ჯერ გაზრდას. მაშასადამე, დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის SH-ის ჰორიზონტალური კომპონენტის განსაზღვრის გამოთვლის ფორმულას აქვს μ μIN BG = o ფორმა. (8) 2 R tgα ინსტრუმენტები და აქსესუარები: ლაბორატორიული სადგამი. სამუშაოს შესრულების რიგითობა სამუშაოს მოცულობას და ექსპერიმენტის ჩატარების პირობებს ადგენს მასწავლებელი ან ინდივიდუალური დავალების ვარიანტი. დედამიწის მაგნიტური ველის SH-ის ჰორიზონტალური კომპონენტის გაზომვა 1. მოწყობილობის კორპუსის შემობრუნებით დარწმუნდით, რომ მაგნიტური ნემსი მდებარეობს ხვეულების სიბრტყეში. ამ შემთხვევაში, ტანგენტური გალვანომეტრის ბრუნვის სიბრტყე დაემთხვევა დედამიწის მაგნიტური მერიდიანის სიბრტყეს. 2. დააბრუნეთ პოტენციომეტრი R ყველაზე მარცხნივ. დააყენეთ K (ქსელის) გასაღები ჩართვაზე. გადამრთველი P ჩასვით ერთ-ერთ უკიდურეს პოზიციაში (გამრთველი P-ის შუა პოზიციაში მოხვევის წრე ღიაა). 3. შემოატრიალეთ R პოტენციომეტრი დენის I-ის პირველი დაყენებული მნიშვნელობის დასაყენებლად (მაგალითად, 0,05 A) და დაადგინეთ მაჩვენებლის გადახრის კუთხე α1 საწყისი პოზიციიდან. 6 4. შეცვალეთ დენის მიმართულება P გადამრთველის სხვა უკიდურეს პოზიციაზე გადართვით. განსაზღვრეთ ისრის ახალი გადახრის კუთხე α 2. დენის მიმართულების შეცვლა საშუალებას გაძლევთ თავიდან აიცილოთ შეცდომა, რომელიც გამოწვეულია ბრუნვის სიბრტყის არაზუსტი დამთხვევით მაგნიტური მერიდიანის სიბრტყესთან. ჩაწერეთ გაზომვის შედეგები ცხრილში. 1. ცხრილი 1 გაზომვის ნომერი I, A α1, გრადუსი. α 2, გრადუსი. α , deg B G, T 1 2 3 4 5 გამოთვალეთ α-ს საშუალო მნიშვნელობა α + α2 α = 1 ფორმულის გამოყენებით. 2 5. მე-3 და მე-4 პუნქტებში მითითებული გაზომვები ხორციელდება დენის ოთხი განსხვავებული მნიშვნელობით 0.1-დან 0.5 A-მდე დიაპაზონში. 6. დენის თითოეული მნიშვნელობისთვის (8) ფორმულის მიხედვით გამოთვალეთ დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტი B Г. ჩაანაცვლეთ α საშუალო მნიშვნელობა ფორმულაში. წრიული გამტარის რადიუსი R = 0,14 მ; მოხვევის რაოდენობა N მითითებულია ინსტალაციაზე. ჰაერის μ მაგნიტური გამტარიანობა შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით ერთიანობის ტოლად. 7. გამოთვალეთ დედამიწის მაგნიტური ველის ინდუქციის ჰორიზონტალური კომპონენტის B G საშუალო მნიშვნელობა. შევადაროთ ცხრილის მნიშვნელობას B Gtabl = 2 ⋅ 10 −5 T. 8. დენის სიძლიერის ერთ-ერთი მნიშვნელობისთვის გამოთვალეთ შეცდომა Δ B G = ε ⋅ B G და ჩაწერეთ მიღებული ნდობის ინტერვალი B G = (B G ± ΔB G) Tl. ფარდობითი შეცდომა სიდიდის გაზომვისას B Г ε = ε I 2 + ε R 2 + εα 2 . გამოთვალეთ ფარდობითი ნაწილობრივი შეცდომები ფორმულების გამოყენებით 2Δ α ΔI ΔR; εR = ; εα = εI = , I R sin 2 α სადაც Δ α არის α კუთხის აბსოლუტური ცდომილება, გამოხატული რადიანებით (ა კუთხის რადიანებად გადაქცევისთვის, გაამრავლეთ მისი მნიშვნელობა გრადუსებში π-ზე და გაყავით 180-ზე). 9. დაწერეთ დასკვნა, რომელშიც - შეადარეთ გაზომილი მნიშვნელობა B G ცხრილის მნიშვნელობას; – ჩაწერეთ მიღებული ნდობის ინტერვალი B G მნიშვნელობისთვის; 7 - მიუთითეთ რაოდენობების რომელმა გაზომვამ შეიტანა მთავარი წვლილი B G მნიშვნელობის შეცდომაში. მაგნიტური ინდუქციის დამოკიდებულების შესწავლა დენზე 10 გამტარში. ამ ამოცანის შესასრულებლად მიჰყევით ნაბიჯებს 1-დან 5-მდე. ჩაწერეთ გაზომვის შედეგები ცხრილში. 2. ცხრილი 2 გაზომვის ნომერი I, A α1, გრადუსი. α 2, გრადუსი. α , deg Vexp, T Vtheor, T 1 2 3 4 5 11. B მნიშვნელობის ტაბულური მნიშვნელობის გამოყენებით Гtabl = 2 ⋅ 10 −5 T, დენის სიძლიერის თითოეული მნიშვნელობისთვის, ფორმულით (7) გამოთვალეთ ექსპერიმენტული კოჭების მიერ შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქციის Vexp მნიშვნელობა. ჩაანაცვლეთ α საშუალო მნიშვნელობა ფორმულაში. ჩაწერეთ შედეგები ცხრილში. 2. 12. ყოველი დენის მნიშვნელობისთვის გამოიყენეთ ფორმულა μ μI N (9) Btheor = o 2R ბრუნებით შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქციის თეორიული მნიშვნელობის გამოსათვლელად. წრიული გამტარის რადიუსი R = 0,14 მ; მოხვევის რაოდენობა N მითითებულია ინსტალაციაზე. ჰაერის μ მაგნიტური გამტარიანობა შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით ერთიანობის ტოლად. ჩაწერეთ შედეგები ცხრილში. 2. 13. დახაზეთ კოორდინატთა სისტემა: აბსცისის ღერძი არის დენის სიმძლავრე I მოხვევებში, ორდინატთა ღერძი არის მაგნიტური ინდუქცია B, სადაც აგებულია Vexp-ის დამოკიდებულება დენის I სიძლიერეზე მოხვევებში. არ დააკავშიროთ მიღებულ ექსპერიმენტულ წერტილებს ხაზით. 14. იმავე გრაფიკზე გამოსახეთ ვთეორის დამოკიდებულება I-ზე ვთეორის წერტილებში სწორი ხაზის გავლით. 15. შეაფასეთ მიღებულ ექსპერიმენტულ და თეორიულ დამოკიდებულებებს შორის B(I) შეთანხმების ხარისხი. დაასახელეთ მათი შეუსაბამობის შესაძლო მიზეზები. 16. დაწერეთ დასკვნა, რომელშიც მიუთითეთ, ადასტურებს თუ არა ექსპერიმენტი B(I) წრფივ დამოკიდებულებას; - ემთხვევა თუ არა კოჭების მიერ შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქციის ექსპერიმენტული მნიშვნელობები თეორიულს; მიუთითეთ შეუსაბამობის შესაძლო მიზეზები. 17. ტანგენტური გალვანომეტრის კომპასს შეუძლია მოხვევის სიბრტყის პერპენდიკულარულად მოძრაობა. მაგნიტური ნემსის გადახრის α კუთხეების გაზომვით სხვადასხვა მანძილით h მოხვევის ცენტრიდან მუდმივი დენის სიძლიერით I მოხვევებში და B G მნიშვნელობის ცოდნით, შეიძლება გადაამოწმოთ თეორიული ფორმულის მართებულობა (6). 8 საკონტროლო კითხვები 1. გააფართოვეთ მაგნიტური ველის, მაგნიტური ინდუქციის ცნებები. 2. რა არის ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონი? 3. როგორ არის მიმართულება და რა მნიშვნელობებზეა დამოკიდებული მაგნიტური ინდუქცია წრიული დენის გამტარის ცენტრში? 4. როგორია მაგნიტური ველების სუპერპოზიციის პრინციპი? როგორ გამოიყენება ამ ნაწარმოებში? 5. როგორ ხდება მაგნიტური ნემსის დაყენება ა) ტანგენტური გალვანომეტრის მოხვევებში დენის არარსებობისას; ბ) როდის გადის დენი მოხვევებში? 6. რატომ იცვლება მაგნიტური ნემსის პოზიცია მოხვევებში დენის მიმართულების ცვლილებისას? 7. როგორ დაიდგმება ტანგენტური გალვანომეტრის მაგნიტური ნემსი, თუ დანადგარი დაცულია დედამიწის მაგნიტური ველისგან? 8. რა მიზნით გამოიყენება არა ერთი, არამედ რამდენიმე ათეული ბრუნი ტანგენტურ გალვანომეტრში? 9. რატომ უნდა ემთხვეოდეს ექსპერიმენტების ტარებისას ტანგენტური გალვანომეტრის ბრუნვის სიბრტყე დედამიწის მაგნიტური მერიდიანის სიბრტყეს? 10. რატომ უნდა იყოს მაგნიტური ნემსი მოხვევის რადიუსზე ბევრად პატარა? 11. რატომ ზრდის ბრუნში დენის ორი საპირისპირო მიმართულების ექსპერიმენტების ჩატარება B G გაზომვის სიზუსტეს? რა ექსპერიმენტული შეცდომა აღმოიფხვრება ამ შემთხვევაში? გამოყენებული ლიტერატურა 1. Trofimova, T.I. ფიზიკის კურსი. 2000. §§ 109, 110. 12 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.2 (26) მაგნიტური ინდუქციის განსაზღვრა სამუშაოს მიზანი: ამპერის კანონის შესწავლა და შემოწმება; ელექტრომაგნიტის მაგნიტური ველის ინდუქციის დამოკიდებულების შესწავლა მის გრაგნილში დენის სიძლიერეზე. თეორიული მინიმალური მაგნიტური ველი (იხ. გვ. 4) მაგნიტური ინდუქცია (იხ. გვ. 4) ამპერის კანონი I დენის მქონე გამტარის თითოეულ ელემენტს dl, რომელიც მდებარეობს მაგნიტურ ველში B ინდუქციით, გავლენას ახდენს ძალა dF = I dl × B. (1) ვექტორის მიმართულება dF განისაზღვრება ჯვარედინი პროდუქტის წესით: ვექტორები dl , B და dF ქმნიან ვექტორთა მარჯვენა სამეულს (ნახ. 1). ვექტორი dF პერპენდიკულარულია dl და B ვექტორების შემცველ სიბრტყეზე. ამპერის ძალის მიმართულება dF შეიძლება განისაზღვროს მარცხენა ხელის წესით: თუ მაგნიტური ინდუქციის ვექტორი შედის ხელისგულში და გაშლილი ოთხი თითი განლაგებულია დირიჟორში დენის მიმართულებით, მაშინ ცერა თითი მოხრილია 90 °. აჩვენებს გამტარის ამ ელემენტზე მოქმედი ამპერის ძალის მიმართულებას. ამპერის ძალის მოდული გამოითვლება ფორმულით dF = I B sin α ⋅ dl , სადაც α არის კუთხე B და dl ვექტორებს შორის. (2) 13 ექსპერიმენტული ტექნიკა სამუშაოში ამპერის ძალა განისაზღვრება წონების გამოყენებით (ნახ. 2). საბალანსო სხივზე დაკიდებულია გამტარი, რომლის მეშვეობითაც გადის დენი I. გაზომილი ძალის გასაზრდელად გამტარი კეთდება მართკუთხა ჩარჩო 1-ის სახით, რომელიც შეიცავს N ბრუნს. ჩარჩოს ქვედა მხარე მდებარეობს ელექტრომაგნიტის 2 პოლუსებს შორის, რაც ქმნის მაგნიტურ ველს. ელექტრომაგნიტი უკავშირდება DC წყაროს ძაბვის 12 ვ. დენი I EM ელექტრომაგნიტის წრეში რეგულირდება რიოსტატი R 1 და იზომება ამპერმეტრით A1. წყაროდან ძაბვა უკავშირდება ელექტრომაგნიტს ბალანსის კორპუსზე მდებარე ტერმინალების 4-ით. ჩარჩოში I დენი იქმნება 12 ვ DC წყაროთი, რომელიც იზომება A2 ამპერმეტრით და რეგულირდება რიოსტატი R2-ით. ძაბვა მიეწოდება ჩარჩოს ბალანსის კორპუსის მე-5 ტერმინალებით. ჩარჩოს გამტარების მეშვეობით, რომლებიც მდებარეობს ელექტრომაგნიტის პოლუსებს შორის, დენი მიედინება ერთი მიმართულებით. ამრიგად, ამპერის ძალა მოქმედებს ჩარჩოს ქვედა მხარეს F = I lBN , (3) სადაც l არის ჩარჩოს ქვედა მხარის სიგრძე; B - მაგნიტური ველის ინდუქცია ელექტრომაგნიტის პოლუსებს შორის. თუ ჩარჩოში დენის მიმართულება ისეა არჩეული, რომ ამპერის ძალა მიმართული იყოს ვერტიკალურად ქვემოთ, მაშინ მისი დაბალანსება შესაძლებელია ბალანსის მე-3 ტაფაზე მოთავსებული წონების სიმძიმით. თუ წონების მასა არის m, მაშინ მათი მიზიდულობის ძალა არის მგ და, ფორმულის (4) მიხედვით, მაგნიტური ინდუქციის მგ. (4) B= IlN ინსტრუმენტები და აქსესუარები: ამპერის ძალისა და მაგნიტური ველის ინდუქციის საზომი აპარატურა; წონა კომპლექტი. 14 სამუშაოს შესრულების რიგითობა სამუშაოს მოცულობას და ექსპერიმენტის ჩატარების პირობებს ადგენს მასწავლებელი ან ინდივიდუალური დავალების ვარიანტი. 1. დარწმუნდით, რომ ინსტალაციის ელექტრული წრე სწორად არის აწყობილი. რიოსტატებზე R 1 და R 2 უნდა შეიყვანოთ მაქსიმალური წინააღმდეგობა. 2. გაზომვების დაწყებამდე ბალანსი უნდა იყოს დაბალანსებული. ასაწონი ტაფაზე წვდომა შესაძლებელია მხოლოდ გვერდითი კარიდან. ბალანსი იხსნება (ამოღებულია გალიიდან) სახელურის 6-ის ღია პოზიციაზე გადაბრუნებით (ნახ. 1). სასწორს სიფრთხილით უნდა მოექცეთ; გაზომვების დასრულების შემდეგ დააბრუნეთ ღილაკი 6 დახურულ მდგომარეობაში. 3. ინსტალაციის ქსელში ჩართვა ხდება მასწავლებლის მიერ. 4. შეავსეთ ცხრილი. ელექტრული საზომი ხელსაწყოების 1 მახასიათებლები. ცხრილი 1 ხელსაწყოს დასახელება ხელსაწყოების სისტემა საზომი ლიმიტი ამპერმეტრი ჩარჩოში დენის სიძლიერის გასაზომად ამმეტრი ელექტრომაგნიტში დენის სიმძლავრის გასაზომად = 0,5 გ. რეოსტატი R 1-ის გამოყენებით დააყენეთ დენი სასურველი მნიშვნელობის ელექტრომაგნიტის წრეში (მაგალითად, I EM \u003d 0.2 A). 6. გაათავისუფლეთ ნაშთი და R 2 რეოსტატის გამოყენებით ჩარჩოში შეარჩიეთ ისეთი დენი I, რომ ნაშთი დაბალანსდეს. მიღებული შედეგები დაფიქსირებულია ცხრილში 2. ცხრილი 2 გაზომვის ნომერი I EM, A t, g I, A F, N 1 2 3 4 5 7. I EM-ის იმავე მნიშვნელობით, განახორციელეთ მე-5 პარაგრაფში მითითებული კიდევ ოთხი გაზომვა, ყოველ ჯერზე გაზარდეთ წონების მასა. დაახლოებით 0,2 15-ით 8. თითოეული ექსპერიმენტისთვის გამოთვალეთ ამპერის ძალა F = მგ წონების სიმძიმის ტოლი. 9. დახაზეთ F დირიჟორში I დენის წინააღმდეგ, მნიშვნელობების დახაზვა I აბსცისის ღერძის გასწვრივ. ეს დამოკიდებულება მიიღეს ელექტრომაგნიტური დენის I EM გარკვეული მუდმივი მნიშვნელობით, შესაბამისად, მაგნიტური ინდუქციის სიდიდე ასევე მუდმივია. მაშასადამე, მიღებული შედეგი საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ ამპერის კანონი შესასრულებელია ამპერის ძალის პროპორციულობის თვალსაზრისით დირიჟორში მიმდინარე სიძლიერესთან: F ~ I . მაგნიტური ინდუქციის დამოკიდებულების განსაზღვრა ელექტრომაგნიტის დენზე 10. საბალანსო ტაფაზე მოათავსეთ მოცემული მასის დატვირთვა (მაგალითად, m = 1 გ). ელექტრომაგნიტური დენის I EM ხუთი განსხვავებული მნიშვნელობით (მაგალითად, 0,2-დან 0,5 ა-მდე), ჩარჩოს წრეში აირჩიეთ ისეთი დენები, რომლებიც აბალანსებს ბალანსს. ჩაწერეთ შედეგები ცხრილში. 3. ცხრილი 3 გაზომვის ნომერი m, g I EM, A I, A B, T 1 2 3 4 5 11. ფორმულის გამოყენებით (5) გამოთვალეთ მაგნიტური ინდუქციის B მნიშვნელობები თითოეულ ექსპერიმენტში. l და N მნიშვნელობები მითითებულია ინსტალაციაზე. დახაზეთ V-ის დამოკიდებულება ელექტრომაგნიტურ დენზე, დახაზეთ I EM-ის მნიშვნელობები x ღერძის გასწვრივ. 12. ერთ-ერთი ექსპერიმენტისთვის დაადგინეთ შეცდომა Δ B. გამოთვალეთ ფარდობითი ნაწილობრივი შეცდომები ფორმულების გამოყენებით Δl ΔI εl = ; ε I = ; ε m = 10 −3 . l მიღებულ ნდობის ინტერვალს ვაფიქსირებ ანგარიშში. დასკვნებში იმსჯელეთ: – რა აჩვენა ამპერის კანონის ტესტმა, შესრულებულია თუ არა იგი; რის საფუძველზე კეთდება დასკვნა; - როგორ არის დამოკიდებული ელექტრომაგნიტის მაგნიტური ინდუქცია მის გრაგნილში არსებულ დენზე; - შენარჩუნდება თუ არა ასეთი დამოკიდებულება I EM-ის შემდგომი მატებით (გაითვალისწინეთ, რომ მაგნიტური ველი განპირობებულია რკინის ბირთვის მაგნიტიზაციით). 16 საკონტროლო კითხვები 1. რა არის ამპერის კანონი? როგორია ამპერის ძალის მიმართულება? როგორ არის ეს დამოკიდებული გამტარის მდებარეობაზე მაგნიტურ ველში? 2. როგორ იქმნება სამუშაოში ერთიანი მაგნიტური ველი? როგორია მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის მიმართულება? 3. რატომ უნდა გადიოდეს ამ ნაწარმოებში ჩარჩოში პირდაპირი დენი? რას გამოიწვევს ალტერნატიული დენის გამოყენება? 4. რატომ გამოიყენება ნამუშევარში რამდენიმე ათეული მობრუნებისგან შემდგარი ჩარჩო? 5. რატომ არის საჭირო მარყუჟში დენის გარკვეული მიმართულების არჩევა ინსტალაციის ნორმალური მუშაობისთვის? რა შეცვლის დენის მიმართულებას? როგორ შეგიძლიათ შეცვალოთ დენის მიმართულება მარყუჟში? 6. რა შეცვლის დენის მიმართულებას ელექტრომაგნიტის გრაგნილში? 7. რა პირობით მიიღწევა წონების წონასწორობა სამუშაოში? 8. ამპერის კანონის რომელი შედეგია გამოცდილი ამ ნაშრომში? გამოყენებული ლიტერატურა 1. Trofimova T.I. ფიზიკის კურსი. 2000. §§ 109, 111, 112. 17 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.3 (27) ელექტრონის სპეციფიური მუხტის განსაზღვრა კათონი-სხივური მილის დახმარებით სამუშაოს კანონის მიზანი, რომელიც არეგულირებს სამუშაოს შესწავლას: ნაწილაკები ელექტრო და მაგნიტურ ველებში; ელექტრონის სიჩქარისა და სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრა. თეორიული მინიმალური ლორენცის ძალა მუხტი q მოძრავი v სიჩქარით ელექტრომაგნიტურ ველში გავლენას ახდენს ლორენცის ძალით F l = qE + q v B , (1) სადაც E არის ელექტრული ველის სიძლიერე; B - მაგნიტური ველის ინდუქცია. ლორენცის ძალა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ელექტრული და მაგნიტური კომპონენტების ჯამი: F l \u003d Fe + F m. ლორენცის ძალის ელექტრული კომპონენტი F e \u003d qE (2) არ არის დამოკიდებული დამუხტვის სიჩქარეზე. ელექტრული კომპონენტის მიმართულება განისაზღვრება მუხტის ნიშნით: q > 0-სთვის E და Fe ვექტორები ერთნაირადაა მიმართული; ქ< 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) ვექტორების მარჯვენა სამეულს ქმნიან v , B და Fm ვექტორები (ნახ. 1), უარყოფითი მუხტისთვის (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), ელექტრონი საერთოდ არ ეჯახება ანოდს და ბრუნდება კათოდში. B = B 0-ის შემთხვევაში, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ელექტრონი მოძრაობს წრის გასწვრივ r = ra / 2 რადიუსით, სადაც ra არის ანოდის რადიუსი. ძალა FM = evB ქმნის ნორმალურ (ცენტრული) აჩქარებას, შესაბამისად, მთარგმნელობითი მოძრაობის დინამიკის ძირითადი კანონის მიხედვით mv 2 (1) = evB . r ელექტრონის სიჩქარის დადგენა შესაძლებელია იმ პირობით, რომ ელექტრონის კინეტიკური ენერგია ტოლია ელექტრული ველის ძალების მუშაობას ელექტრონის გზაზე კათოდიდან ანოდამდე mv 2 = eU a, საიდანაც 2 ვ. = 2eU a. m (2) 27 ამ მნიშვნელობის v სიჩქარის ჩანაცვლება განტოლებაში (1) და იმის გათვალისწინებით, რომ r = ra / 2, მივიღებთ გამოსახულებას ელექტრონის სპეციფიკური მუხტისთვის 8U e = 2 a2. m B o ra ფორმულა (3) საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ მნიშვნელობა (3) e m, თუ ანოდის ძაბვის U a მოცემულ მნიშვნელობაზე ვიპოვით მაგნიტური ინდუქციის Bo ისეთ მნიშვნელობას, რომლის დროსაც ელექტრონული ტრაექტორია ეხება ანოდის ზედაპირს. . ინდიკატორის ნათურა გამოიყენება ელექტრონის ტრაექტორიაზე დასაკვირვებლად (ნახ. 4). კათოდი K მდებარეობს A ცილინდრული ანოდის ღერძის გასწვრივ. კათოდი თბება ძაფით. კათოდსა და ანოდს შორის არის ეკრანი E, რომელსაც აქვს კონუსური ზედაპირის ფორმა. ეკრანი დაფარულია ფოსფორის ფენით, რომელიც ანათებს მასზე ელექტრონების მოხვედრისას. ნათურის ღერძის პარალელურად, კათოდთან, არის თხელი მავთული - ანტენები Y, დაკავშირებული ანოდთან. ულვაშის მახლობლად გამავალი ელექტრონები იპყრობს მას, ამიტომ ეკრანზე წარმოიქმნება ჩრდილი (სურ. 5). ჩრდილის საზღვარი შეესაბამება ნათურის ელექტრონების ტრაექტორიას. ნათურა მოთავსებულია სოლენოიდის ცენტრში, რომელიც ქმნის მაგნიტურ ველს, რომლის ინდუქციური ვექტორი r B მიმართულია ნათურის ღერძის გასწვრივ. სოლენოიდი 1 და ნათურა 2 დამონტაჟებულია სადგამზე (ნახ. 6). პანელზე განთავსებული ტერმინალები დაკავშირებულია სოლენოიდის გრაგნილთან, კათოდის ძაფთან, ნათურის კათოდთან და ანოდთან. სოლენოიდი იკვებება რექტფიკატორით 3. ანოდის ძაბვის და კათოდური გათბობის ძაბვის წყაროა რექტფიკატორი 4. დენი სოლენოიდში იზომება A ამმეტრის გამოყენებით, ანოდის ძაბვა U a იზომება ვოლტმეტრით V. გადამრთველი P. საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ დენის მიმართულება სოლენოიდის გრაგნილში. 28 მაგნიტური ინდუქცია სოლენოიდის ცენტრში და, შესაბამისად, ინდიკატორის ნათურის შიგნით განისაზღვრება μo I N შეფარდებით, (4) B= 2 2 4R + l სადაც μ0 = 1.26·10 – 6 H/m არის მაგნიტური მუდმივი. ; I - დენის სიძლიერე სოლენოიდში; N არის შემობრუნების რაოდენობა, R არის რადიუსი, l არის სოლენოიდის სიგრძე. ამ მნიშვნელობის B გამოსახულებით (3) ჩანაცვლებით, ვიღებთ ფორმულას ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დასადგენად e 8U a (4R 2 + l 2), = m μo2 I o2 N 2ra2 (5), სადაც I o არის მნიშვნელობა. დენი სოლენოიდში, რომლის დროსაც ელექტრონული ტრაექტორია ეხება ეკრანის გარე კიდეს. იმის გათვალისწინებით, რომ Ua და I0 პრაქტიკულად იზომება, ხოლო მნიშვნელობები N, R, l, ra არის ინსტალაციის პარამეტრები, ფორმულიდან (5) ვიღებთ გაანგარიშების ფორმულას U e ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დასადგენად (6). ) = A ⋅ 2a , m Io სადაც A - დაყენების მუდმივი A= (8 4R 2 + l 2 μo2 N 2ra2). (7) 29 ინსტრუმენტები და აქსესუარები: ლაბორატორიული სადგამი ინდიკატორის ნათურით, სოლენოიდით, ამპერმეტრით და ვოლტმეტრით; ორი გამსწორებელი. სამუშაოს შესრულების წესი 1. შეავსეთ ჩანართი. ამპერმეტრის და ვოლტმეტრის 1 მახასიათებლები. ცხრილი 1 დასახელება მოწყობილობა ხელსაწყო სისტემა ვოლტმეტრი საზომი ლიმიტი გაყოფის მნიშვნელობა სიზუსტის კლასი ΔI pr ამპერმეტრი 2. 3. 4. ხელსაწყოს შეცდომა ΔU pr შეამოწმეთ სადენების სწორი შეერთება ნახ. 6. გადაიტანეთ რექტიფიკატორების რეგულირების ღილაკები უკიდურეს მარცხენა პოზიციაზე. ანგარიშში ჩაწერეთ ინსტალაციაზე მითითებული პარამეტრები: შემობრუნების რაოდენობა N, სიგრძე l და სოლენოიდის R რადიუსი. ანოდის რადიუსი რა = 1,2 სმ ჩაწერეთ ცხრილში. 2 მასწავლებლის მიერ მოცემული U მნიშვნელობის გაზომვის შედეგები ან ინდივიდუალური დავალების ვარიანტი. ცხრილი 2 გაზომვების რაოდენობა Ua , V I o1 , А I o2 , А Io , А em , C/კგ 1 2 3 5. რექტფიკატორის რეგულირების ღილაკი 4 საჭირო ძაბვის მნიშვნელობა U a . ამავდროულად, ნათურის ეკრანი ანათებს. თანდათან გაზარდეთ I დენი სოლენოიდში გამოსწორების რეგულირების ღილაკის 3 გამოყენებით და დააკვირდით ელექტრონული ტრაექტორიის გამრუდებას. აირჩიეთ და ჩაწერეთ ცხრილში. 2 არის I o1 დენის მნიშვნელობა, რომლის დროსაც ელექტრონული ტრაექტორია ეხება ეკრანის გარე კიდეს. 30 7. 8. 9. სოლენოიდის დენის შემცირება ნულამდე. გადაიტანეთ გადამრთველი P სხვა პოზიციაზე, რითაც შეცვალეთ დენის მიმართულება სოლენოიდში საპირისპიროდ. აირჩიეთ და ჩაწერეთ ცხრილში. 2 არის I o 2 დენის მნიშვნელობა, რომლის დროსაც ელექტრონული ტრაექტორია კვლავ ეხება ეკრანის გარე კიდეს. 5-7 პუნქტებში მითითებული გაზომვები ხორციელდება ანოდის ძაბვის კიდევ ორი ​​მნიშვნელობით U a. ანოდის ძაბვის თითოეული მნიშვნელობისთვის გამოთვალეთ და ჩაწერეთ ცხრილში. 2 საშუალო მიმდინარე მნიშვნელობა I o = (I o1 + I o 2) / 2. 10. ფორმულის მიხედვით (7) გამოთვალეთ ინსტალაციის მუდმივი A და ჩაწერეთ შედეგი ანგარიშში. 11. A მნიშვნელობის და I o-ს საშუალო მნიშვნელობის გამოყენებით გამოთვალეთ (6) e ფორმულის მიხედვით U a-ს თითოეული მნიშვნელობისთვის. გაანგარიშების შედეგები ცხრილში ჩასაწერად. 2. i + ε 2ra + ε l2 + ε 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 აქ ΔU a არის ვოლტმეტრის ინსტრუმენტული შეცდომა. როგორც დენის სიძლიერის შეცდომა ΔI o, აირჩიეთ ორი შეცდომიდან ყველაზე დიდი: შემთხვევითი εU-ში \u003d შეცდომა ΔI 0sl \u003d I o1 - I o 2 2 და ამპერმეტრის ΔI pr ინსტრუმენტული შეცდომა (იხილეთ ინსტრუმენტის ცხრილი მახასიათებლები). შეცდომები Δra, Δl, ΔR განისაზღვრება, როგორც რიცხვითი მნიშვნელობების შეცდომები. 14. ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის განსაზღვრის საბოლოო შედეგი ჩაწერეთ e e sew ნდობის ინტერვალის სახით: = ±Δ. მ მ მ 31 15. ნამუშევარზე დასკვნაში ჩაწერეთ: - რა იყო შესწავლილი ნაშრომში; - როგორ არის დამოკიდებული ელექტრონის ტრაექტორიის გამრუდების რადიუსი (ხარისხობრივად) მაგნიტური ველის სიდიდეზე; - როგორ და რატომ მოქმედებს ელექტრონის ტრაექტორიაზე დენის მიმართულება სოლენოიდში; - რა შედეგი მიიღება; - ექცევა თუ არა ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის ცხრილის მნიშვნელობა მიღებულ ნდობის ინტერვალში; - რა მნიშვნელობის გაზომვის შეცდომამ შეიტანა მთავარი წვლილი ელექტრონის კონკრეტული მუხტის გაზომვის შეცდომაში. საკონტროლო კითხვები რა განსაზღვრავს და როგორ არის მიმართული: ა) ლორენცის ძალის ელექტრული კომპონენტი; ბ) ლორენცის ძალის მაგნიტური კომპონენტი? 2. როგორ არის მიმართული და როგორ იცვლება სიდიდე ინდიკატორ ნათურაში: ა) ელექტრული ველი; ბ) მაგნიტური ველი? 3. როგორ იცვლება ნათურაში ელექტრონების სიჩქარე სიდიდის მიხედვით კათოდიდან დაშორებით? მაგნიტური ველი მოქმედებს სიჩქარეზე? 4. როგორია ელექტრონების ტრაექტორია მაგნიტური ინდუქციის მქონე ნათურაში: ა) B = 0; ბ) B = Bo; გ) ბ< Bo ; г) B >ბო? 5. რა არის ელექტრონების აჩქარება ანოდთან და როგორ არის მიმართული მაგნიტურ ინდუქციაზე B = Bo ? 6. რა როლს ასრულებენ ისინი ინდიკატორულ ნათურაში: ა) ეკრანი; ბ) მავთულის ულვაში? 7. რატომ იზრდება ნათურის ეკრანის სიკაშკაშე U a ანოდის ძაბვის მატებასთან ერთად? 8. როგორ იქმნება ნათურაში: ა) ელექტრული ველი; ბ) მაგნიტური ველი? 9. რა როლს ასრულებს სოლენოიდი ამ ნამუშევარში? რატომ უნდა ჰქონდეს სოლენოიდს საკმარისად დიდი რაოდენობის ბრუნი (რამდენიმე ასეული)? 10. ასრულებს: ა) ელექტრო; ბ) ლორენცის ძალის მაგნიტური კომპონენტი? 1. ბიბლიოგრაფიული სია 1. ტროფიმოვა თ.ი. Physics Course of Physics, 2000, § 114, 115. 32 ლაბორატორიული სამუშაო No. 5.5 (29) ფერომაგნიტის მაგნიტური თვისებების გამოკვლევა სამუშაოს მიზანი: მატერიის მაგნიტური თვისებების შესწავლა; ფერომაგნიტის მაგნიტური ჰისტერეზის მარყუჟის განსაზღვრა. თეორიული მინიმალური ნივთიერების მაგნიტური თვისებები ყველა ნივთიერება, როდესაც შედის მაგნიტურ ველში, გარკვეულწილად ავლენს მაგნიტურ თვისებებს და ამ თვისებების მიხედვით იყოფა დიამაგნიტებად, პარამაგნიტებად და ფერომაგნიტებად. მატერიის მაგნიტური თვისებები განპირობებულია ატომების მაგნიტური მომენტებით. ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც მოთავსებულია გარე მაგნიტურ ველში, ქმნის საკუთარ მაგნიტურ ველს, რომელიც გარე ველზეა გადანაწილებული. მატერიის ასეთი მდგომარეობის რაოდენობრივი მახასიათებელია მაგნიტიზაცია J, რომელიც უდრის ატომების მაგნიტური მომენტების ჯამს ნივთიერების მოცულობის ერთეულში. მაგნიტიზაცია პროპორციულია გარე მაგნიტური ველის H ინტენსივობისა J = χH , (1), სადაც χ არის განზომილებიანი სიდიდე, რომელსაც მაგნიტური მგრძნობელობა ეწოდება. მატერიის მაგნიტურ თვისებებს, გარდა χ-ის მნიშვნელობისა, ახასიათებს აგრეთვე მაგნიტური გამტარიანობა μ = χ +1. (2) მაგნიტური გამტარიანობა μ შედის მიმართებაში, რომელიც აკავშირებს H სიძლიერეს და მაგნიტური ველის B ინდუქციას ნივთიერებაში B = μo μ H , (3) სადაც μo = 1,26 ⋅10 −6 H/m არის მაგნიტური მუდმივი. დიამაგნიტური ატომების მაგნიტური მომენტი გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში ნულის ტოლია. გარე მაგნიტურ ველში ატომების ინდუცირებული მაგნიტური მომენტები, ლენცის წესის მიხედვით, მიმართულია გარე ველის წინააღმდეგ. მაგნიტიზაცია J მიმართულია იმავე გზით, შესაბამისად, χ დიამაგნიტებისთვის< 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

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო

ბალტიის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი "ვოენმე"

ელექტრომაგნიტიზმი

ლაბორატორიული სემინარი ფიზიკაში

Მე -2 ნაწილი

Რედაქტორი ლ.ი. ვასილიევადა ვ.ა. ჟივულინა

პეტერბურგი

შედგენილი: დ.ლ. ფედოროვი, დოქტორი ფიზ.-მათ. მეცნიერებათა პროფ.; ლ.ი. ვასილიევი, პროფ. ᲖᲔ. ივანოვა, ასოც. ე.პ. დენისოვი, ასოც. ვ.ა. ჟივულინი, ასოც. ა.ნ. სტარუხინი, პროფ.

UDC 537.8(076)

ე

ელექტრომაგნიტიზმი: ლაბორატორიული სახელოსნო ფიზიკაში / კომპ.: დ.ლ. ფედოროვი [და სხვები]; ბალტი. სახელმწიფო ტექ. უნ-ტ. - პეტერბურგი, 2009. - 90გვ.

სახელოსნო შეიცავს 2006 წელს გამოქვეყნებულ ამავე სახელწოდების სახელოსნოში წარმოდგენილი No1-13 სამუშაოების აღწერას თემებზე „ელექტროენერგია და მაგნიტიზმი“ No14-22 ლაბორატორიული სამუშაოების აღწერას.

განკუთვნილია ყველა სპეციალობის სტუდენტებისთვის.

45

UDC 537.8(076)

რეცენზენტი: ტექ. მეცნიერებათა პროფ., ხელმძღვანელ. კაფე საინფორმაციო და ენერგეტიკული ტექნოლოგიები BSTU ს.პ. პრისიაჟნიუკი

დამტკიცებულია

სარედაქციო და საგამომცემლო

© BSTU, 2009 წ

ლაბორატორიული სამუშაო No14 ფეროელექტროების ელექტრული თვისებების შესწავლა

ობიექტური – ფეროელექტროების პოლარიზაციის შესწავლა ელექტრული ველის სიძლიერის მიხედვით ე, მიიღეთ მრუდი E=f(ე), შეისწავლეთ დიელექტრიკული ჰისტერეზი, განსაზღვრეთ დიელექტრიკული დანაკარგები ფეროელექტრიკაში.

მოკლე ინფორმაცია თეორიიდან

როგორც ცნობილია, დიელექტრიკული მოლეკულები თავისი ელექტრული თვისებებით ექვივალენტურია ელექტრო დიპოლებთან და შეიძლება ჰქონდეს ელექტრული მომენტი.

სადაც ქარის მოლეკულაში ერთი და იგივე ნიშნის მთლიანი მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა (ანუ ყველა ბირთვის ან ყველა ელექტრონის მუხტი); ლარის ვექტორი, რომელიც გამოყვანილია ელექტრონების უარყოფითი მუხტების „სიმძიმის ცენტრიდან“ ბირთვების დადებითი მუხტების „სიმძიმის ცენტრამდე“ (დიპოლური მკლავი).

დიელექტრიკის პოლარიზაცია ჩვეულებრივ აღწერილია ხისტი და ინდუცირებული დიპოლების მიხედვით. გარე ელექტრული ველი ან ბრძანებს მყარი დიპოლების ორიენტაციას (ორიენტაციული პოლარიზაცია დიელექტრიკებში პოლარული მოლეკულებით) ან იწვევს სრულიად მოწესრიგებული ინდუცირებული დიპოლების გამოჩენას (ელექტრონებისა და იონების გადაადგილების პოლარიზაცია დიელექტრიკებში არაპოლარული მოლეკულებით). ყველა ამ შემთხვევაში დიელექტრიკები პოლარიზებულია.

დიელექტრიკის პოლარიზაცია მდგომარეობს იმაში, რომ გარე ელექტრული ველის მოქმედებით, დიელექტრიკის მოლეკულების მთლიანი ელექტრული მომენტი ხდება ნულოვანი.

დიელექტრიკის პოლარიზაციის რაოდენობრივი მახასიათებელია პოლარიზაციის ვექტორი (ან პოლარიზაციის ვექტორი), რომელიც უდრის ელექტრული მომენტს დიელექტრიკის მოცულობის ერთეულზე:

, (14.2)

არის ყველა დიელექტრიკული მოლეკულის ელექტრული დიპოლური მომენტების ვექტორული ჯამი ფიზიკურად უსასრულო მოცულობით
.

იზოტროპული დიელექტრიკებისთვის, პოლარიზაცია დაკავშირებული ელექტრული ველის სიძლიერესთან თანაფარდობით იმავე წერტილში

æ
, (14.3)

სადაც æ არის კოეფიციენტი, რომელიც პირველ მიახლოებაში არ არის დამოკიდებული და უწოდა მატერიის დიელექტრიკული მგრძნობელობა; =
F/m არის ელექტრული მუდმივი.

ელექტრული ველის აღწერა დიელექტრიკებში, გარდა ინტენსივობისა და პოლარიზაცია , გამოიყენეთ ელექტრული გადაადგილების ვექტორი , განსაზღვრული თანასწორობით

. (14.4)

(14.3) გათვალისწინებით, გადაადგილების ვექტორი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

, (14.5)

სადაც
æ არის განზომილებიანი სიდიდე, რომელსაც ჰქვია საშუალების გამტარიანობა. ყველა დიელექტრიკისთვის, æ > 0 და ε > 1.

ფეროელექტრიკები არის კრისტალური დიელექტრიკების სპეციალური ჯგუფი, რომლებსაც გარე ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში აქვთ სპონტანური (სპონტანური) პოლარიზაცია ტემპერატურისა და წნევის გარკვეულ დიაპაზონში, რომლის მიმართულება შეიძლება შეიცვალოს ელექტრული ველით და ზოგიერთ შემთხვევაში. მექანიკური სტრესებით.

ჩვეულებრივი დიელექტრიკებისგან განსხვავებით, ფეროელექტრიკებს აქვთ მრავალი დამახასიათებელი თვისება, რომლებიც შეისწავლეს საბჭოთა ფიზიკოსებმა I.V. კურჩატოვი და პ.პ. კობეკო. განვიხილოთ ფეროელექტრის ძირითადი თვისებები.

ფეროელექტროები ხასიათდება ძალიან მაღალი დიელექტრიკული მუდმივებით , რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს შეკვეთის მნიშვნელობებს
. მაგალითად, როშელის მარილის დიელექტრიკული მუდმივი NaKC 4 H 4 O 6 ∙4H 2 O ოთახის ტემპერატურაზე (~ 20°C) უახლოვდება 10000-ს.

ფეროელექტრიკის თვისებაა პოლარიზაციის დამოკიდებულების არაწრფივი ბუნება რდა, შესაბამისად, ელექტრული გადაადგილება დველის სიძლიერისგან ე(სურ. 14.1). ამ შემთხვევაში, ε ფეროელექტროების გამტარობა გამოდის დამოკიდებული ე. ნახ. 14.2 გვიჩვენებს როშელის მარილზე ამ დამოკიდებულებას 20°C ტემპერატურაზე.

ყველა ფეროელექტრიკას ახასიათებს დიელექტრიკული ჰისტერეზის ფენომენი, რომელიც შედგება პოლარიზაციის ცვლილების შეფერხებაში. რ(ან გადაადგილება დ) ველის სიძლიერის შეცვლისას ე. ეს შეფერხება განპირობებულია იმით, რომ რ(ან დ) არ განისაზღვრება მხოლოდ ველის მნიშვნელობით ე, მაგრამ ასევე დამოკიდებულია ნიმუშის პოლარიზაციის წინა მდგომარეობაზე. ველის სიძლიერის ციკლური ცვლილებებით ედამოკიდებულება რდა კომპენსაციები დდან ეგამოხატულია მრუდით, რომელსაც ჰისტერეზის მარყუჟი ეწოდება.

ნახ. 14.3 გვიჩვენებს ჰისტერეზის ციკლს კოორდინატებში დ, ე.

მზარდი ველით ემიკერძოება დნიმუშში, რომელიც თავდაპირველად არ იყო პოლარიზებული, იცვლება მრუდის გასწვრივ OAB. ამ მრუდს ეწოდება საწყისი ან მთავარი პოლარიზაციის მრუდი.

როგორც ველი მცირდება, ფეროელექტრიკი თავდაპირველად იქცევა ჩვეულებრივი დიელექტრიკის მსგავსად (განყოფილებაში VAარ არის ჰისტერეზი), შემდეგ კი (თავიდან მაგრამ) გადაადგილების ცვლილება ჩამორჩება დაძაბულობის ცვლილებას. როცა ველის სიძლიერე ე= 0, ფეროელექტრიკი რჩება პოლარიზებული და ელექტრული გადაადგილების სიდიდე ტოლია
, ეწოდება ნარჩენი გადაადგილება.

ნარჩენი გადაადგილების მოსაშორებლად აუცილებელია ფეროელექტროზე საპირისპირო მიმართულების ელექტრული ველის გამოყენება - სიძლიერით - . ღირებულება იძულებითი ველი ეწოდა.

თუ ველის სიძლიერის მაქსიმალური მნიშვნელობა ისეთია, რომ სპონტანური პოლარიზაცია აღწევს გაჯერებას, მაშინ მიიღება ჰისტერეზის მარყუჟი, რომელსაც ეწოდება ლიმიტური ციკლის მარყუჟი (მყარი მრუდი ნახ. 14.3).

თუმცა, თუ გაჯერება არ არის მიღწეული ველის მაქსიმალური სიძლიერით, მაშინ მიიღება ეგრეთ წოდებული ნაწილობრივი ციკლის მარყუჟი, რომელიც დევს ლიმიტის ციკლის შიგნით (დატეხილი მრუდი ნახ. 14.3). შეიძლება არსებობდეს უსასრულო რაოდენობის პირადი რეპოლარიზაციის ციკლი, მაგრამ ამავე დროს, გადაადგილების მაქსიმალური მნიშვნელობები. დნაწილობრივი ციკლები ყოველთვის დევს OA-ს პოლარიზაციის მთავარ მრუდზე.

ფეროელექტრული თვისებები ძლიერ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. ყველა ფეროელექტროსთვის არის ტემპერატურა , რომლის ზემოთაც ქრება მისი ფეროელექტრული თვისებები და გადაიქცევა ჩვეულებრივ დიელექტრიკად. ტემპერატურა უწოდა კიურის წერტილს. ბარიუმის ტიტანატისთვის BaTi0 3 კიურის წერტილი არის 120°C. ზოგიერთ ფეროელექტროსადგურს აქვს ორი კიური წერტილი (ზედა და ქვედა) და ფეროელექტრიკის მსგავსად იქცევა მხოლოდ ამ წერტილებს შორის ტემპერატურულ დიაპაზონში. მათ შორისაა როშელის მარილი, რომლისთვისაც კიურის წერტილებია +24°С და –18°С.

ნახ. 14.4 გვიჩვენებს BaTi0 3 ერთკრისტალის ნებადართულობის ტემპერატურული დამოკიდებულების გრაფიკს (BaTi0 3 კრისტალი ფეროელექტრიკულ მდგომარეობაში არის ანისოტროპული. ნახ. 14.4-ზე გრაფიკის მარცხენა ტოტი ეხება მიმართულებას კრისტალში, პერპენდიკულარულად. სპონტანური პოლარიზაციის ღერძი.) საკმარისად დიდ ტემპერატურულ დიაპაზონში მნიშვნელობები ВаTi0 3 მნიშვნელოვნად აღემატება მნიშვნელობებს ჩვეულებრივი დიელექტრიკები, რისთვისაც
. კიურის წერტილის მახლობლად, მნიშვნელოვანი ზრდაა (ანომალია).

ფეროელექტრიკის ყველა დამახასიათებელი თვისება დაკავშირებულია მათში სპონტანური პოლარიზაციის არსებობასთან. სპონტანური პოლარიზაცია არის ბროლის ერთეული უჯრედის შინაგანი ასიმეტრიის შედეგი, რაც იწვევს მასში დიპოლური ელექტრული მომენტის გამოჩენას. ცალკეულ პოლარიზებულ უჯრედებს შორის ურთიერთქმედების შედეგად ისინი ისეა მოწყობილი, რომ მათი ელექტრული მომენტები ერთმანეთის პარალელურად იყოს ორიენტირებული. მრავალი უჯრედის ელექტრული მომენტების ორიენტაცია ერთი მიმართულებით იწვევს სპონტანური პოლარიზაციის რეგიონების წარმოქმნას, რომელსაც ეწოდება დომენები. ცხადია, თითოეული დომენი პოლარიზებულია გაჯერებამდე. დომენების ხაზოვანი ზომები არ აღემატება 10 -6 მ.

გარე ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, ყველა დომენის პოლარიზაცია განსხვავებულია მიმართულებით; შესაბამისად, კრისტალი მთლიანობაში აღმოჩნდება არაპოლარიზებული. ეს ილუსტრირებულია ნახ. 14.5, ა, სადაც ნიმუშის დომენები სქემატურად არის გამოსახული, ისრები აჩვენებს სხვადასხვა დომენის სპონტანური პოლარიზაციის მიმართულებებს. გარე ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, სპონტანური პოლარიზაციის რეორიენტაცია ხდება მრავალდომენურ კრისტალში. ეს პროცესი ხორციელდება: ა) დომენის კედლების გადაადგილებით (დომენები, რომელთა პოლარიზაცია ქმნის მახვილ კუთხეს. გარე ველით, იზრდება იმ დომენების ხარჯზე, რომლებშიც
); ბ) ელექტრული მომენტების - დომენების ბრუნვა ველის მიმართულებით; გ) ახალი დომენების ბირთვების წარმოქმნა და აღმოცენება, რომელთა ელექტრული მომენტები მიმართულია ველის გასწვრივ.

დომენის სტრუქტურის გადაკეთება, რომელიც ხდება გარე ელექტრული ველის გამოყენებისას და გაზრდისას, იწვევს მთლიანი პოლარიზაციის გამოჩენას და ზრდას. რკრისტალი (არაწრფივი განყოფილება OAნახ. 14.1 და 14.3). ამ შემთხვევაში წვლილი მთლიან პოლარიზაციაში რსპონტანური პოლარიზაციის გარდა, ელექტრონისა და იონების გადაადგილების გამოწვეულ პოლარიზაციასაც უწყობს ხელს, ე.ი.
.

გარკვეული ველის სიძლიერეზე (პუნქტში მაგრამ) მთელ კრისტალში დგინდება სპონტანური პოლარიზაციის ერთი მიმართულება, რომელიც ემთხვევა ველის მიმართულებას (ნახ. 14.5, ბ). ამბობენ, რომ კრისტალი ხდება ერთდომენიანი სპონტანური პოლარიზაციის მიმართულებით ველის პარალელურად. ამ მდგომარეობას ეწოდება გაჯერება. ველის გაზრდა ეგაჯერების მიღწევისას მას თან ახლავს მთლიანი პოლარიზაციის შემდგომი ზრდა რბროლი, მაგრამ ახლა მხოლოდ გამოწვეული პოლარიზაციის გამო (განყოფილება ABნახ. 14.1 და 14.3). ამავე დროს, პოლარიზაცია რდა ოფსეტური დთითქმის წრფივად არის დამოკიდებული ე. ხაზოვანი ნაკვეთის ექსტრაპოლაცია AB y-ღერძზე შეიძლება შეფასდეს სპონტანური გაჯერების პოლარიზაცია
, რომელიც დაახლოებით უდრის მნიშვნელობას
ამოჭრილია ექსტრაპოლირებული მონაკვეთით y ღერძზე:
. ეს მიახლოებითი თანასწორობა გამომდინარეობს იქიდან, რომ ფეროელექტროების უმეტესობისთვის
და
.

როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, კიურის წერტილში, როდესაც ფეროელექტრიკი თბება, მისი განსაკუთრებული თვისებები ქრება და ის ჩვეულებრივ დიელექტრიკად იქცევა. ეს აიხსნება იმით, რომ კურიის ტემპერატურაზე ხდება ფეროელექტრული ფაზის გადასვლა პოლარული ფაზიდან, რომელიც ხასიათდება სპონტანური პოლარიზაციის არსებობით, არაპოლარულ ფაზაში, რომელშიც სპონტანური პოლარიზაცია არ არის. ეს ცვლის ბროლის გისოსების სიმეტრიას. პოლარულ ფაზას ხშირად ფეროელექტრიკულ ფაზას უწოდებენ, ხოლო არაპოლარულ ფაზას პარაელექტრიკულ ფაზას.

დასასრულს განვიხილავთ დიელექტრიკის დანაკარგების პრობლემას ფეროელექტრიკაში ჰისტერეზის გამო.

ენერგიის დანაკარგები დიელექტრიკებში ალტერნატიულ ელექტრულ ველში, რომელსაც დიელექტრიკული ეწოდება, შეიძლება ასოცირებული იყოს შემდეგ მოვლენებთან: ა) პოლარიზაციის დროის ჩამორჩენა. რველის სიძლიერისგან ემოლეკულური თერმული მოძრაობის გამო; ბ) მცირე გამტარობის დენების არსებობა; გ) დიელექტრიკული ჰისტერეზის ფენომენს. ყველა ამ შემთხვევაში ხდება ელექტრული ენერგიის შეუქცევადი გადაქცევა სითბოდ.

დიელექტრიკული დანაკარგები იწვევს, რომ AC წრედის განყოფილებაში, რომელიც შეიცავს კონდენსატორს, ფაზური ცვლა დენსა და ძაბვის რყევებს შორის არასოდეს არის ზუსტად თანაბარი.
, მაგრამ ყოველთვის გამოდის იმაზე ნაკლები
, კუთხეში დაკარგვის კუთხეს უწოდებენ. დიელექტრიკული დანაკარგები კონდენსატორებში შეფასებულია დანაკარგის ტანგენტის მიხედვით:

, (14.6)

სადაც არის კონდენსატორის რეაქტიულობა; რ- კონდენსატორში დაკარგვის წინააღმდეგობა, განისაზღვრება მდგომარეობიდან: სიმძლავრე, რომელიც გამოიყოფა ამ წინააღმდეგობაზე, როდესაც მასში ალტერნატიული დენი გადის, უდრის კონდენსატორში სიმძლავრის დანაკარგებს.

დანაკარგის ტანგენსი არის ხარისხის ფაქტორის ორმხრივი ქ:
და მის დასადგენად (14.6) ერთად შეიძლება გამოვიყენოთ გამოხატულება

, (14.7)

სადაც
– ენერგიის დანაკარგები რხევის პერიოდისთვის (სქემის ელემენტში ან მთელ წრეში); ვ– რხევის ენერგია (მაქსიმალური მიკროსქემის ელემენტისთვის და ჯამი მთელი წრედისთვის).

ჩვენ ვიყენებთ ფორმულას (14.7) დიელექტრიკული ჰისტერეზით გამოწვეული ენერგიის დანაკარგების შესაფასებლად. ეს დანაკარგები, ისევე როგორც თავად ისტერეზისი, არის სპონტანური პოლარიზაციის გადაადგილებაზე პასუხისმგებელი პროცესების შეუქცევადი ბუნების შედეგი.

მოდით გადავიწეროთ (14.7) როგორც

, (14.8)

სადაც არის ალტერნატიული ელექტრული ველის ენერგიის დანაკარგი ერთი პერიოდის განმავლობაში ფეროელექტრული მოცულობის ერთეულზე დიელექტრიკული ჰისტერეზის გამო; არის ფეროელექტრული კრისტალში ელექტრული ველის მაქსიმალური ენერგიის სიმკვრივე.

ელექტრული ველის მოცულობითი ენერგიის სიმკვრივის გამო

(14.9)

შემდეგ ველის სიძლიერის ზრდით
ის შესაბამისად იცვლება. ეს ენერგია იხარჯება ფეროელექტრის ერთეული მოცულობის რეპოლარიზაციაზე და გამოიყენება მისი შიდა ენერგიის გასაზრდელად, ე.ი. რომ გააცხელოს. ცხადია, ერთი სრული პერიოდის განმავლობაში, დიელექტრიკული დანაკარგების სიდიდე ფეროელექტრიკის მოცულობის ერთეულზე განისაზღვრება როგორც

(14.10)

და რიცხობრივად უდრის ჰისტერეზის მარყუჟის ფართობს კოორდინატებში დ, ე. კრისტალში ელექტრული ველის მაქსიმალური ენერგიის სიმკვრივეა:

, (14.11)

სადაც და
არის ელექტრული ველის სიძლიერისა და გადაადგილების ამპლიტუდები.

(14.10) და (14.11) (14.8) ჩანაცვლებით, მივიღებთ შემდეგ გამოხატულებას ფეროელექტრიკაში დიელექტრიკის დაკარგვის კუთხის ტანგენსისთვის:

(14.12)

ფეროელექტროები გამოიყენება დიდი სიმძლავრის, მაგრამ მცირე ზომის კონდენსატორების დასამზადებლად, სხვადასხვა არაწრფივი ელემენტების შესაქმნელად. ბევრი რადიო საინჟინრო მოწყობილობა იყენებს ვარიკონდებს - ფეროელექტრული კონდენსატორები, გამოხატული არაწრფივი თვისებებით: ასეთი კონდენსატორების ტევადობა ძლიერ დამოკიდებულია მათზე გამოყენებული ძაბვის სიდიდეზე. ვარიკონდებს ახასიათებთ მაღალი მექანიკური სიმტკიცე, ვიბრაციისადმი გამძლეობა, რხევა, ტენიანობა. ვარიკონის უარყოფითი მხარეა ოპერაციული სიხშირეების და ტემპერატურის შეზღუდული დიაპაზონი, დიელექტრიკული დანაკარგების მაღალი მნიშვნელობები.

9. მიღებული მონაცემები შეიყვანეთ მე-2 ცხრილის ზედა ნახევარში შედეგების სახით წარმოდგენით.

10. დააჭირეთ გადამრთველს 10, რომელიც საშუალებას მოგცემთ განახორციელოთ გაზომვები ნახ. 2 (ძაბვის ზუსტი გაზომვა). განახორციელეთ პუნქტებში მითითებული ოპერაციები. 3-8, მე-6 პუნქტში ჩაანაცვლებს გამოთვლას (9) ფორმულის მიხედვით (10) ფორმულის მიხედვით.

11. შეიტანეთ გამოთვლებისა და გაზომვების დროს მიღებული მონაცემები 10-ზე დაჭერილი გადამრთველით (იხ. პუნქტი 10) მე-2 ცხრილის ქვედა ნახევარში გაზომვის შედეგების სახით წარმოჩენით მუშაობის რეჟიმი დენების ზუსტი გაზომვა ძაბვის ზუსტი გაზომვა. 1. რა არის სამუშაოს მიზანი?

2. აქტიური წინააღმდეგობის გაზომვის რა მეთოდებია გამოყენებული ამ ნაშრომში?

3. აღწერეთ სამუშაო დაყენება და ექსპერიმენტის მიმდინარეობა.

4. ჩამოწერეთ სამუშაო ფორმულები და აუხსენით მათში შემავალი სიდიდეების ფიზიკური მნიშვნელობა.

1. ჩამოაყალიბეთ კირჩჰოფის წესები განშტოებული ელექტრული სქემების გამოსათვლელად.

2. გამოიტანეთ სამუშაო ფორმულები (9) და (10).

3. R, RA და RV რა თანაფარდობით გამოიყენება პირველი საზომი სქემა? მეორე? ახსენი.

4. შეადარეთ ამ ნაშრომში მიღებული შედეგები პირველი და მეორე მეთოდით. რა დასკვნების გამოტანა შეიძლება ამ მეთოდებით გაზომვების სიზუსტეზე? რატომ?

5. რატომ არის მე-4 საფეხურზე რეგულატორი დაყენებული ისეთ პოზიციაზე, რომ ვოლტმეტრის ნემსი გადახრის სკალის მინიმუმ 2/3-ით?

6. ჩამოაყალიბეთ ომის კანონი ჯაჭვის ერთგვაროვანი მონაკვეთისთვის.

7. ჩამოაყალიბეთ წინააღმდეგობის ფიზიკური მნიშვნელობა. რა ფაქტორებზეა დამოკიდებული ეს მნიშვნელობა (იხ. სამუშაო No32)?

8. რა ფაქტორებზეა დამოკიდებული ერთგვაროვანი იზოტროპული მეტალის გამტარის წინააღმდეგობა R?

სოლენოიდის ინდუქტანციის განსაზღვრა

სამუშაოს მიზანია სოლენოიდის ინდუქციურობის დადგენა ალტერნატიული დენის მიმართ მისი გამძლეობით.

ინსტრუმენტები და აქსესუარები: საცდელი სოლენოიდი, ხმის გენერატორი, ელექტრონული ოსცილოსკოპი, AC მილიამმეტრი, დამაკავშირებელი სადენები.

თვითინდუქციის ფენომენი. ინდუქციურობა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი შეინიშნება ყველა შემთხვევაში, როდესაც იცვლება გამტარ წრედში შემავალი მაგნიტური ნაკადი. კერძოდ, თუ ელექტრული დენი მიედინება გამტარ წრეში, მაშინ ის ქმნის მაგნიტურ ნაკადს F, რომელიც აღწევს ამ წრეში.

როდესაც დენის სიმძლავრე I იცვლება ნებისმიერ წრეში, იცვლება აგრეთვე მაგნიტური ნაკადი F, რის შედეგადაც წრეში წარმოიქმნება ინდუქციის ელექტრომოძრავი ძალა (EMF), რომელიც იწვევს დამატებით დენს (ნახ. 1, სადაც 1 არის გამტარი. დახურული წრე, 2 არის მაგნიტური ველის ძალის ხაზები, შექმნილი მარყუჟის დენი). ამ ფენომენს თვითინდუქციური ეწოდება, ხოლო თვითინდუქციური EMF-ით გამოწვეული დამატებითი დენი არის თვითინდუქციური ექსტრადენი.

თვითინდუქციის ფენომენი შეინიშნება ნებისმიერ დახურულ ელექტრულ წრეში, რომელშიც ელექტრული დენი მიედინება, როდესაც ეს წრე დახურულია ან გახსნილია.

განვიხილოთ, რაზეა დამოკიდებული თვითინდუქციის EMF-ების მნიშვნელობა.

მაგნიტური ნაკადი F, რომელიც შეაღწევს დახურულ გამტარ წრეს, პროპორციულია წრეში გამავალი დენით შექმნილი მაგნიტური ველის B მაგნიტური ინდუქციისა, ხოლო ინდუქცია B დენის სიძლიერის პროპორციულია.

მაშინ მაგნიტური ნაკადი Ф პროპორციულია დენის სიძლიერისა, ე.ი.

სადაც L არის წრედის ინდუქცია, H (ჰენრი).

(1)-დან ვიღებთ L წრედის ინდუქციურობა არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია ამ წრეში შემავალი Ф მაგნიტური ნაკადის შეფარდებას წრედში გამავალი დენის სიდიდესთან.

ჰენრი არის ისეთი მიკროსქემის ინდუქცია, რომელშიც 1A დენის სიმძლავრის დროს წარმოიქმნება 1Wb მაგნიტური ნაკადი, ე.ი. 1 Hn = 1.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონის მიხედვით (1) ჩანაცვლებით (3) ვიღებთ თვითინდუქციის EMF-ს:

ფორმულა (4) მოქმედებს L=const.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ელექტრულ წრეში L ინდუქციურობის მატებასთან ერთად წრეში დენი თანდათან იზრდება (იხ. სურ. 2), ხოლო L-ის შემცირებისას დენი ისევე ნელა მცირდება (ნახ. 3).

დენის სიძლიერე ელექტრულ წრეში მოკლე ჩართვის დროს იცვლება დენის სიძლიერის ცვლილების მრუდები ნაჩვენებია ნახ. 2 და 3.

მიკროსქემის ინდუქციურობა დამოკიდებულია წრედის ფორმაზე, ზომასა და დეფორმაციაზე, იმ საშუალების მაგნიტურ მდგომარეობაზე, რომელშიც მდებარეობს წრე, ასევე სხვა ფაქტორებზე.

იპოვეთ სოლენოიდის ინდუქცია. სოლენოიდი არის ცილინდრული მილი, რომელიც დამზადებულია არამაგნიტური, არაგამტარი მასალისაგან, რომელზედაც მჭიდროდ არის დახვეული თხელი ლითონის გამტარი მავთული, ხვეულამდე. ნახ. 4 გვიჩვენებს სოლენოიდის მონაკვეთს ცილინდრული მილის გასწვრივ დიამეტრით (1 - მაგნიტური ველის ხაზები).

სოლენოიდის l სიგრძე ბევრად აღემატება d დიამეტრს, ე.ი.

ld. თუ l d, მაშინ სოლენოიდი შეიძლება ჩაითვალოს მოკლე კოჭად.

თხელი მავთულის დიამეტრი გაცილებით მცირეა, ვიდრე სოლენოიდის დიამეტრი. ინდუქციურობის გასაზრდელად სოლენოიდის შიგნით მოთავსებულია ფერომაგნიტური ბირთვი მაგნიტური გამტარიანობით. თუ ld, მაშინ როდესაც დენი მიედინება სოლენოიდის შიგნით, აღიძვრება ერთიანი მაგნიტური ველი, რომლის ინდუქცია განისაზღვრება ფორმულით, სადაც o = 4 10-7 H/m არის მაგნიტური მუდმივი; n = N/l არის ბრუნვის რაოდენობა სოლენოიდის სიგრძის ერთეულზე; N არის სოლენოიდის შემობრუნების რაოდენობა.

სოლენოიდის გარეთ მაგნიტური ველი პრაქტიკულად ნულის ტოლია. ვინაიდან სოლენოიდს აქვს N ბრუნი, მთლიანი მაგნიტური ნაკადი (ნაკადის კავშირი), რომელიც აღწევს სოლენოიდის ჯვარედინი მონაკვეთზე S არის სადაც Ф = BS არის სოლენოიდის ერთ ხვეულში შემავალი ნაკადი.

(5) ჩანაცვლებით (6)-ით და იმის გათვალისწინებით, რომ N = nl, მივიღებთ, მეორეს მხრივ, (7) და (8) შედარებისას ვიღებთ სოლენოიდის განივი კვეთის ფართობი ტოლია. (10) გათვალისწინებით, ფორმულა (9) დაიწერება, როგორც განსაზღვრეთ სოლენოიდის ინდუქციურობა შესაძლებელია სოლენოიდის მიერთებით AC ელექტრულ წრედ სიხშირით. შემდეგ მთლიანი წინააღმდეგობა (წინააღდეგობა) განისაზღვრება ფორმულით, სადაც R არის აქტიური წინააღმდეგობა, Ohm; L = xL - ინდუქციური წინააღმდეგობა; \u003d xs - კონდენსატორის ტევადობა C ტევადობით.

თუ ელექტრულ წრეში არ არის კონდენსატორი, ე.ი.

მიკროსქემის ტევადობა მცირეა, შემდეგ xc xL და ფორმულა (12) ასე გამოიყურება, შემდეგ Ohm-ის კანონი ალტერნატიული დენის შესახებ დაიწერება, სადაც Im, Um არის დენის და ძაბვის ამპლიტუდის მნიშვნელობები.

ვინაიდან = 2, სად არის ალტერნატიული დენის რხევების სიხშირე, მაშინ (14) მიიღებს ფორმას (15)-დან ვიღებთ სამუშაო ფორმულას ინდუქციურობის დასადგენად:

სამუშაოს შესასრულებლად, აკრიფეთ წრე ნახ. 5.

1. დააყენეთ რხევის სიხშირე ხმის გენერატორზე მასწავლებლის მითითებით.

2. ოსილოსკოპის გამოყენებით გაზომეთ ძაბვის ამპლიტუდა Um და სიხშირე.

3. მილიამმეტრის გამოყენებით განსაზღვრეთ დენის ეფექტური მნიშვნელობა I e წრედში; I e I m / 2 თანაფარდობის გამოყენებით და I m 2-ის მიმართ მისი ამოხსნით, ანუ განსაზღვრეთ დენის ამპლიტუდა წრედში.

4. შეიყვანეთ მონაცემები ცხრილში.

საცნობარო მონაცემები: სოლენოიდის აქტიური წინააღმდეგობა R = 56 Ohm; სოლენოიდის სიგრძე l = 40 სმ; სოლენოიდის დიამეტრი d = 2 სმ; სოლენოიდის შემობრუნების რაოდენობა N = 2000.

1. ჩამოაყალიბეთ სამუშაოს მიზანი.

2. განსაზღვრეთ ინდუქციურობა?

3. რა არის ინდუქციურობის ერთეული?

4. ჩაწერეთ სოლენოიდის ინდუქციურობის განსაზღვრის სამუშაო ფორმულა.

1. მიიღეთ სოლენოიდის ინდუქციურობის განსაზღვრის ფორმულა მისი გეომეტრიული ზომებისა და ბრუნვის რაოდენობის მიხედვით.

2. რას ჰქვია წინაღობა?

3. როგორ არის დაკავშირებული დენის და ძაბვის მაქსიმალური და ეფექტური მნიშვნელობები ალტერნატიული დენის წრეში?

4. გამოიტანეთ სოლენოიდის ინდუქციურობის სამუშაო ფორმულა.

5. აღწერეთ თვითინდუქციის ფენომენი.

6. რა ფიზიკური მნიშვნელობა აქვს ინდუქციურობას?

ბიბლიოგრაფია

1. საველიევი ი.გ. ზოგადი ფიზიკის კურსი. T.2, T. 4. - M .: Vyssh.

სკოლა, 2002. - 325გვ.

უმაღლესი სკოლა, 1970. - 448გვ.

3. კალაშნიკოვი ს.გ. Ელექტროობა. - მ .: უმაღლესი. სკოლა, 1977. - 378გვ.

4. ტროფიმოვა ტ.ი. ფიზიკის კურსი. - მ .: "აკადემია"., 2006. - 560 წ.

5. Purcell E. ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი - M.: Nauka, 1971.გვ.

6. Detlaf A.A. ფიზიკის კურსი: სახელმძღვანელო უმაღლესი საგანმანათლებლო დაწესებულებების სტუდენტებისთვის. - მ .: "აკადემია", 2008. - 720გვ.

7. კორტნევი ა.ვ. სემინარი ფიზიკაზე.- მ.: უმაღლესი. სკოლა, 1968. გვ.

8. ივერონოვა ვ.ი. ფიზიკური სახელოსნო.- მ .: ფიზმათგიზი, 1962. - 956გვ.

ძირითადი ფიზიკური მუდმივები ატომური ერთეული a.mu.) 10-15m 1, კომპტონის ტალღები K,p=h/ 1.3214099(22) 10-15m 1, კომპტონის ტალღები K,e=h/ 2.4263089(40) 10-12m 1, ელექტრონი ტალღები K ,e/(2) 3.8615905(64) 10-13m 1, Bohr magneton B=e/ 9.274078(36) 10-24J/T ) 10-27 J/T 3, ნეიტრონული მასა ელექტრონის მასა 0.9107)530( -30 კგ იდეალური აირი po ნორმალურ პირობებში (T0=273.15 K, p0=101323 Pa) მუდმივი ავო- 6.022045(31) 1023 მოლ- ბოლცმანის გაზის მუდმივი 8.31441(26) J/(mol K) უნივერსალური სიმძიმის მუდმივი 67206. (41) 10-11 N m2/kg2 5663706144 10-7H/m ძაფი Quantum magnetic-F o = 2.0678506(54) 10-15Wb 2, რადიაცია პირველი გამოსხივება მეორე გამოსხივება ელექტრო (0с2) კლასიკური (4me) სტანდარტული ელექტრონ-ნეიტრონი მოქმედებს დილის 1 საათზე.

N o t e. რიცხვები ფრჩხილებში მიუთითებს სტანდარტულ შეცდომაზე მოცემული მნიშვნელობის ბოლო ციფრებში.

შესავალი

ელექტროენერგიის და ელექტრომაგნიტიზმის საგანმანათლებლო ლაბორატორიაში ლაბორატორიული სამუშაოების უსაფრთხოების ძირითადი მოთხოვნები

ელექტრული გაზომვების საფუძვლები

ლაბორატორიული სამუშაო No31 ელექტრული წინაღობის სიდიდის გაზომვა უიტსონის R-ხიდის გამოყენებით .................. ლაბორატორიული სამუშაო No32. ლითონების წინაღობის დამოკიდებულების შესწავლა ტემპერატურაზე

ლაბორატორია #33 კონდენსატორის ტევადობის განსაზღვრა უიტსტოუნ C-ხიდის გამოყენებით

ლაბორატორიული სამუშაო No34. ელექტრონული ოსცილოსკოპის მუშაობის შესწავლა

ლაბორატორიული სამუშაო No35. ვაკუუმ ტრიოდის მოქმედების შესწავლა და მისი სტატიკური პარამეტრების დადგენა.

ლაბორატორიული სამუშაო No36. სითხეების ელექტროგამტარობა.

ფარადეის რიცხვისა და ელექტრონის მუხტის განსაზღვრა

ლაბორატორიული ნამუშევარი No37. RC გენერატორის მუშაობის რეჟიმის შესწავლა ელექტრონული ოსცილოსკოპის გამოყენებით

ლაბორატორიული სამუშაო No38. ელექტროსტატიკური ველის შესწავლა

ლაბორატორიული სამუშაო No40.დედამიწის მაგნიტური ველის სიძლიერის ჰორიზონტალური კომპონენტის განსაზღვრა

ლაბორატორიული სამუშაო No41. ზენერის დიოდის შესწავლა და მისი მახასიათებლების მოხსნა

ლაბორატორიული სამუშაო No42. ვაკუუმ დიოდის შესწავლა და ელექტრონის სპეციფიკური მუხტის დადგენა.

ლაბორატორიული სამუშაო No43. ნახევარგამტარული დიოდების მუშაობის შესწავლა

ლაბორატორიული სამუშაო No45. მაგნიტიზაციის მრუდის და ჰისტერეზის მარყუჟის ამოღება ელექტრონული ოსცილოსკოპის გამოყენებით

ლაბორატორიული სამუშაო №46. დამსხვრეული ელექტრული რხევები

ლაბორატორიული სამუშაო No 47. იძულებითი ელექტრული რხევების შესწავლა და რეზონანსული მრუდების ოჯახის ამოღება...... ლაბორატორიული სამუშაო No48. წინაღობის გაზომვა.

ლაბორატორია #49 სოლენოიდის ინდუქციურობის განსაზღვრა

ბიბლიოგრაფია

განაცხადი …………………………………………………………… დიმიტრი ბორისოვიჩ კიმ ალექსანდრე ალექსეევიჩ კროპოტოვი ლუდმილა ანდრეევნა გერაშჩენკო ელექტროენერგია და ელექტრომაგნიტიზმი ლაბორატორიული სემინარი უხ.-რედ. ლ. 9.0. კონვ. ღუმელი ლ. 9.0.

დაბეჭდილია გამომცემლობა BrGU 665709, ბრაცკი, ქ. მაკარენკო,

მსგავსი სამუშაოები:

„ა.ლ. გელგორ ე.ა. POPOV SYSTEM OF ციფრული ტელემაუწყებლობის DVB-T სტანდარტი რეკომენდებულია საუნივერსიტეტო პოლიტექნიკური განათლების საგანმანათლებლო და მეთოდური ასოციაციის მიერ, როგორც სასწავლო დამხმარე საშუალება უმაღლესი საგანმანათლებლო დაწესებულებების სტუდენტებისთვის, რომლებიც სწავლობენ ტექნიკური ფიზიკის მიმართულებით ტრენინგს. პეტერბურგის პოლიტექნიკური უნივერსიტეტის გამომცემლობა2 და რუსეთის ფედერაციის მეცნიერება სანკტ-პეტერბურგის სახელმწიფო პოლიტექნიკური უნივერსიტეტის პრიორიტეტი...»

"ფიზიკა მათ. LV Kirensky 1996 წელს კრასნოიარსკი 1996 -2 ზოგადი ინფორმაცია 1996 წლის განმავლობაში ინსტიტუტმა მონაწილეობა მიიღო სახელმწიფო სამეცნიერო და ტექნიკური პროგრამების ფარგლებში ოთხი პროექტის განხორციელებაში; მათთვის დაფინანსების ოდენობამ შეადგინა 23,200 ათასი რუბლი (მოსალოდნელია კიდევ 5,000 ათასი რუბლის მიღება მეოთხე კვარტლის ბოლოს). მუშაობს...»

„RAS No 13 EXTREME LIGHT FIELDS AND THE APPLICATIONS REPORT 2013 წლისთვის მოსკოვის 2013 წლის პრეზიდიუმის ძირითადი კვლევის პროგრამა დამტკიცებულია რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის პრეზიდენტის აკადემიკოს ვ.ე. ფორტოვი 2013 რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის პრეზიდიუმის ფუნდამენტური კვლევების ყოვლისმომცველი პროგრამა No13 EXTREME LIGHT FIELDS AND THE APPLICATIONS REPORT 2013 პროგრამის კოორდინატორები: ILP SB RAS აკადემიკოსი _ ს.ნ. ბაგაევი IAP RAS-ის სამეცნიერო ხელმძღვანელი აკადემიკოსი ა.ვ. გაპონოვი-გრეხოვი პროექტის შესრულების ანგარიში FOR...»

«დიელექტრიული ტალღების სპექტრული თეორიის მათემატიკური მოდელები სახელმძღვანელო ყაზანის ყაზანის სახელმწიფო უნივერსიტეტის V.I. ულიანოვი-ლენინი 2007 გამოქვეყნებულია ყაზანის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამოყენებითი მათემატიკის განყოფილების გადაწყვეტილებით სამეცნიერო რედაქტორი ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი ნ.ბ. პლეშჩინსკი კარჩევსკი ე.მ. დიელექტრიკული ტალღების სპექტრული თეორიის მათემატიკური მოდელები. სახელმძღვანელო / ე.მ. ქარჩევსკი. ყაზანი: ყაზანის სახელმწიფო უნივერსიტეტი...»

„ფიზიკის საგნის სამუშაო პროგრამა პროგრამის დონე საბაზო 7-11 კლასებია შემუშავებული უმაღლესი კვალიფიკაციის კატეგორიის ფიზიკის მასწავლებელი შიროკოვა გ.ა. 2013-2014 სამუშაო პროგრამები ფიზიკაში მე-7 კლასი. ის ავლენს მეცნიერების როლს საზოგადოების ეკონომიკურ და კულტურულ განვითარებაში, ხელს უწყობს თანამედროვე მეცნიერების ჩამოყალიბებას...“

„პედაგოგია და პ და ჩოლ გ და I სერიის შესახებ მოსკოვი 2008 წლის სარედაქციო კოლეგია: რიაბოვი ვ.ვ. ისტორიის მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი, თავმჯდომარე, მოსკოვის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის რექტორი ატანასიან ს.ლ. ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა კანდიდატი, პროფესორი, მოსკოვის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის პრორექტორი აკადემიურ საკითხებში პიშჩულინ ნ.პ. ფილოსოფიურ მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი, მოსკოვის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის კვლევის პრორექტორი რუსეცკაია მ.ნ. პედაგოგიურ მეცნიერებათა კანდიდატი, ასოცირებული პროფესორი, მოსკოვის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტის საინოვაციო საქმიანობის პრორექტორი: ანდრიადი ი.პ. პედაგოგიურ მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი,...»

«WINGS OF THE PHOENIX Introduction TO QUANTUM MYTHOPHYSICS ეკატერინბურგის ურალის უნივერსიტეტის გამომცემლობა 2003 LBC 86.3+87 I 84 კონსულტანტი - I. A. Pronin რედაქტორი - E. K. Sozina ტექნიკური რედაქტირება და განლაგება - A.V. ფენიქსი. კვანტური მითოფიზიკის შესავალი. - ეკატერინბურგი: ურალის გამომცემლობა. უნტა, 2003. - 263გვ. ფართოდ იყენებენ სხვადასხვა რელიგიის ავტორიტეტულ ტექსტებს, მაგრამ არ ივიწყებენ მათ ძირითად სპეციალობას - თეორიულ ფიზიკას, ავტორები ცდილობენ...“

„ედმუნდ ჰუსერლს პატივი და მეგობრობა ეძღვნება ტოდტნაუბერგს ბადში. შვარცვალდე, 1926 წლის 8 აპრილი, მეშვიდე გამოცემის წინასიტყვაობა 1953 წლის ტრაქტატი ყოფიერება და დრო პირველად გამოჩნდა 1927 წლის გაზაფხულზე ჰუსერლის წლის წიგნში ფენომენოლოგიისა და ფენომენოლოგიური კვლევის ტომში. წინამდებარე ხელახალი ბეჭდვა, რომელიც წარმოდგენილია მეცხრე გამოცემაში, უცვლელია ტექსტში, მაგრამ შესწორებულია ციტატებისა და პუნქტუაციისთვის. გადაბეჭდვის გვერდის ნომრები შეესაბამება ... ”

"ფიზიკის სახელმძღვანელო მოსამზადებელი კურსებისთვის, რუსეთის ფედერაციის იაროსლავის სახელმწიფო უნივერსიტეტის განათლების სამინისტრო. პ.გ. დემიდოვის დამატებითი განათლების ცენტრი მ.ვ. კირიკოვი, ვ.პ. ალექსეევის ფიზიკის სახელმძღვანელო მოსამზადებელი კურსებისთვის Yaroslavl 1999 BBK Vya73 K43 ფიზიკა: სახელმძღვანელო მოსამზადებელი კურსებისთვის / კომპ. მ.ვ. კირიკოვი, ვ.პ. ალექსეევი; იაროსლავის სახელმწიფო უნ-ტ. იაროსლავლი, 1999. 50 გვ. სასწავლო სახელმძღვანელოს მიზანია გაშუქებული მასალის სისტემატიზაცია და გამეორება...“