Elektrichestvo_2006

где 0 отклонение стрелки гальванометра без сопротивления R1 в цепи; 1 отклонение стрелки гальванометра при наличии сопротивления R1; S чувствительность гальванометра, т.е. сила тока, вызывающая отклонение стрелки гальванометра на одно деление. Приравнивая (4) и (5), получим выражение

Порядок выполнения работы

I. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. Обозначения на рис. 1: А, В термостаты, ЕК термоэлемент, R1 добавочное сопротивление, PS - регистрирующий прибор (гальванометр).

~220 B

Рис. 1

После проверки электрической цепи преподавателем

иразрешения с его стороны

2.Заполнить термостаты А и В водой. Измерить температуру t0 в одном сосуде (например, в А).

51

3.Используя электрический нагреватель, нагреть воду в сосуде В до 100°С, после чего нагреватель выключить. Температуру воды в этом сосуде обозначим ti.

4.По мере охлаждения воды в сосуде В сделать 15-20 измерений температуры ti воды (через 2 50 С) и соответствующих отклонений 0 и 1 стрелки гальванометра. Температура ti в моменты отсчетов 0 и 1 должна быть одинаковой (переключение контакта с точки «a» на «в» должно происходить как можно быстрее).

Таблица

1

2

3 1

4

5

…

При достаточно хорошей теплоизоляции термостатов температура t0 должна в ходе эксперимента оставаться неизменной.

5.Все измеренные данные записать в таблицу.

6.По измеренным данным рассчитать ТЭДС батареи термопар, удельную ТЭДС

с, абсолютную < c> и относительную с погрешности измерения с.

7.Построить график 1 = f (ti), отложив по оси абсцисс температуру ti, а по оси ординат отклонение стрелки гальванометра .1.

8.Построить график = f ( ti) , отложив по оси абсцисс интервалы температур ti , а по оси ординат – соответствующую этой разности температур полную

термоэлектродвижущую силу .

9. По результатам измерений, расчетов и графиков сделать выводы и записать их в отчет.

Контрольные вопросы

1.Какую структуру имеют металлы?

2.Какими причинами обусловлено возникновение полной контактной разности потенциалов при контакте двух разнородных металлов? Что такое внешняя, внутренняя контактная разность потенциалов?

3.Какова причина возникновения ТЭДС в термоэлементе?

4.Что понимают под удельной ТЭДС, чем она определяется?

4.Что такое термоэлемент, термобатарея? Нарисуйте их.

5.В чем заключаются эффект Зеебека, эффект Пельтье?

6.Как производится градуировка термопары, с какой целью?

7.Где применяются термоэлементы?

Рекомендуемая литература

52

синусоидального тока, равное 220 В, является действующим напряжением, максимальное же (амплитудное) значение переменного синусоидального напряжения составляет Um ~ ~310 В.

Диэлектрики - вещества, плохо проводящие электрический ток из-за отсутствия свободных носителей заряда (янтарь, стекло, дистиллированная вода, спирт).

Диэлектрическая проницаемость (относительная) важнейшая электродинамическая характеристика среды, частицы которой обладают зарядом или магнитным моментом; зависит от типа среды, температуры, давления и т.д. Характеризует поляризацию диэлектриков под действием электрического поля. В простейшем статическом случае диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз кулоновская сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Домены ферромагнитные – области самопроизвольной намагниченности в ферромагнитных веществах. В отсутствие внешнего магнитного поля векторы намагниченности доменов ориентированы хаотично, поэтому результирующая намагниченность ферромагнитного образца, как правило, равна нулю.

Источники электрической энергии устройства, в которых происходит процесс преобразования тепловой, химической, механической и др. видов энергии в электрическую (гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы и др.). В приемниках (нагрузках) осуществляется обратное преобразование (электрические лампы, электронагреватели, двигатели и др.).

Катушка индуктивности – катушка из провода с изолированными витками с сердечником или без него; обладает значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Предназначена для накопления магнитной энергии, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты и т.д. Дроссель – катушка индуктивности, включаемая в электрическую цепь переменного тока последовательно с нагрузкой для регулирования силы тока.

Конденсатор устройство, обладающее способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать и отдавать значительные по величине электрические заряды. Состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком или вакуумом, толщина которого намного меньше линейных размеров проводников.

Контактная разность потенциалов – разность потенциалов, возникающая между находящимися в электрическом контакте проводниками из разнородных металлов в условиях термодинамического равновесия.

Контактная разность потенциалов, установившаяся за счет разности работ выхода металлов проводников, называется внешней. Контактная разность потенциалов равна разности работ выхода металлов проводников, отнесенной к заряду электрона.

Контактная разность потенциалов, установившаяся за счет разности концентраций свободных электронов в контактирующих проводниках, называется

внутренней.

Контур - любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Магнитная постоянная 0 – коэффициент пропорциональности, появляющийся в ряде формул электромагнетизма при записи их в системе единиц СИ. По старой терминологии называется магнитной проницаемостью вакуума. 0 =4 10-7 Гн/м.

54

Магнитная проницаемость (относительная) – величина, характеризующая реакцию среды на воздействие внешнего магнитного поля Н, количественно определяется как = В/Н, где В – магнитная индукция. Является одной из основных характеристик магнитных веществ и материалов, зависит от вида вещества, его температуры, давления и т.д.

Магнитное поле частная форма проявления электромагнитного поля, определяющая действие силы на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом.

Магнитный гистерезис явление, состоящее в неоднозначной зависимости намагниченности вещества от напряженности внешнего магнитного поля. Для ферромагнетиков указанная зависимость имеет вид петли гистерезиса и обусловлена ростом доменов - участков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности - и запаздыванием их ориентации при изменении внешнего магнитного поля.

Магнитный меридиан – проекция силовой линии геомагнитного поля на поверхность Земли. Магнитные меридианы представляют собой сложные кривые, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах Земли ниже уровня ее поверхности.

Мощность электрического тока работа электрического тока в единицу времени. Мощность в цепи постоянного тока может расходоваться на нагревание участка цепи, на протекание химических реакций, совершение механической работы над внешними телами (для этого участок цепи должен перемещаться в пространстве) и т.д.

В цепи переменного тока различают мощность полную – потребляемую от источника тока (генератора), активную – преобразующуюся в тепло или совершающую механическую работу, реактивную накапливающуюся (запасающуюся) в электрическом поле конденсатора и (или) магнитном поле катушки индуктивности и не совершающую работы. Реактивная мощность только колеблется между внешней цепью и источником переменного синусоидального тока (генератором) каждые четверть периода, увеличивая потребляемую полную мощность.

Переменный ток электрический ток, изменяющийся во времени. В технике под переменным током понимают периодический ток, изменяющийся во времени по гармоническому закону (закону синуса или косинуса). Периодом Т переменного тока называется наименьший промежуток времени, через который значения силы тока (и напряжения) повторяются. Величина, обратная периоду, называется частотой f. Фазой называется величина = t, определяющая ток (или напряжение) в каждый момент времени t.

Полупроводники вещества со средней (промежуточной между металлами и диэлектриками) удельной электропроводностью, которая сильно зависит от внешних условий (главным образом от температуры). Элементарные полупроводники германий Ge, кремний Si, сложные арсенид галлия GaAs, антимонид индия InSb, карбид кремния SiC и др.

Проводники вещества, хорошо проводящие электрический ток из-за большого количества свободных носителей заряда. Разделяют проводники 1-ого рода все металлы, носители заряда в них электроны; проводники 2-ого рода электролиты, носители заряда в них положительные и отрицательные ионы.

55

Постоянный ток электрический ток, не изменяющийся с течением времени ни по силе, ни по направлению.

Работа выхода электронов из металла работа, которую необходимо совершить электрону, чтобы выйти из металла в вакуум.

Реактивное сопротивление сопротивление переменному току, при котором не потребляется энергия этого тока.

Реостат со скользящим контактом – катушка из однослойной обмотки проволоки с высоким удельным сопротивлением (нихром, никелин), намотанная на жаростойкий изолирующий цилиндр, и скользящего контакта. Используется в качестве делителя напряжения.

Термоэлемент устройство из двух последовательно соединенных контактов (спаев) разнородных металлов (или полупроводников). Служит для преобразования тепловой энергии в электрическую (или наоборот).

При разности температур между спаями на свободных (неспаянных) концах возникает термоЭДС, а при замыкании цепи термоэлектрический ток (эффект Зеебека). В этом случае термоэлементы называются термопарами и используются для измерения температуры и др. величин, связанных с температурой, а также в качестве источников электрической энергии.

При пропускании тока от постороннего источника через термоэлемент один ее спай нагревается, а другой - охлаждается (эффект Пельтье), что используется в микрохолодильниках, кондиционерах и термостатах.

Трансформатор статическое (не имеющее подвижных частей) устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Узел - место соединения трех или большего числа ветвей.

Электромагнитная индукция возникновение электродвижущей силы (ЭДС индукции) в проводящем контуре при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром. Электрический ток, вызванный этой ЭДС в замкнутом контуре, называется индукционным.

Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре при изменении тока в нем называется самоиндукцией.

Правило Ленца определяет направление индукционного тока в замкнутом контуре: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

ЭДС (электродвижущая сила) источника питания физическая величина, характеризующая действие сторонних сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

Электрическая постоянная 0 – физическая постоянная, входящая в уравнения законов электрического поля (напр., в закон Кулона). Зависит только от выбора системы единиц (в системе СИ 0 = 8,85 10-12 Ф/м; в СГС 0 = 1). По старой терминологии 0 называется диэлектрической проницаемостью вакуума.

Электрический заряд одна из важнейших скалярных характеристик элементарных частиц, определяющая их взаимодействие с электромагнитными полями. Вся совокупность электрических и магнитных явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрических зарядов.

56

Электрический ток упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов или заряженных макроскопических тел. Различают ток проводимости, связанный с движением носителей заряда относительно той или иной среды (т.е. внутри макроскопических тел) и конвекционный ток - движение в пространстве заряженных макроскопических тел как целого. За направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов.

Электрическое поле - частная форма проявления электромагнитного поля, определяющая действие на электрический заряд (со стороны поля) силы, не зависящей от скорости движения заряда.

Электрический разряд в газах – прохождение электрического тока через ионизованные газы, возникновение и поддержание ионизованного состояния газа под действием электрического поля.

Электрическое сопротивление величина, характеризующая способность проводника или электрической цепи препятствовать прохождению электрического тока. Сопротивления бывают активными и реактивными. Реактивные, в свою очередь, бывают емкостными и индуктивными. В активном сопротивлении электрическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию проводника тепловую, в реактивном – накапливается (запасается) в электрическом поле (в емкости) и магнитном поле (в индуктивности).

В более широком смысле под активным сопротивлением понимается элемент электрической цепи, в котором энергия электрического тока преобразуется в теплоту, в энергию химических реакций или в механическую работу.

Электрон - материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе.

57