- •Электричество и магнетизм
- •Введение
- •Правила техники безопасности при работе с электрическими приборами и схемами
- •Основные электроизмерительные приборы физической лаборатории
- •Основные системы электроизмерительных приборов
- •1. Магнитоэлектрическая система
- •2. Электромагнитная система
- •3. Электродинамическая система
- •4. Индукционная система
- •5. Тепловая система
- •6. Электростатическая система
- •7. Вибрационная система
- •Определение диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Перепишем соотношение (2.7) в виде
- •Так как объемная плотность энергии электрического поля
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников
- •Теоретическое введение
- •Полупроводники
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •К онтрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение зависимости мощности и кпд источника тока от величины нагрузки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Приборы и оборудование: ип – источник питания, фпэ-06 – модуль “Определение работы выхода”, pv – вольтметр (прибор ф-214 1/2), pa – амперметр (прибор ф-214 1/4). Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Принципиальная электрическая схема
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •М етодика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Проверка закона Био-Савара-Лапласа и определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля короткой катушки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля постоянного магнита
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •2. Измерение тока проводить до 20 мА. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 2-15 Изучение эффекта Холла в полупроводнике
- •Теоретическое введение
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование: звуковой генератор гс-118 (pq, рис.16.7 и 16.8), электронный осциллограф с1-150 (ро), модуль “явление гистерезиса” фпэ–07. Экспериментальная установка и методика измерений
- •По закону Фарадея эдс индукции по вторичной обмотке
- •Из выражения (16.15) и (16.16) получаем
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение электрических процессов в простых линейных цепях при действии гармонической электродвижущей силы (фпэ-09)
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение явления резонанса в колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки и методика эксперимента
- •Зарядка установки
- •Методика определения ёмкости установки
- •Методика определения ёмкости проводника (шара)
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
Экспериментальная часть
Приборы и оборудование: модуль ФПЭ-09, генератор (PQ), осциллограф (РО), источник питания (ИП).
На рис. 19.4 приведена электрическая схема.
В модуле ФПЭ-09 собраны изучаемые электрические цепи (рис.19.5). В нем находится также коммутатор А, применение которого позволяет наблюдать на экране однолучевого осциллографа одновременно два синусоидальных сигнала. Напряжение с входа изучаемой цепи подается на "Вx1" коммутатора, а напряжение с выхода изучаемой цепи – на "Вх2" коммутатора. С выхода коммутатора исследуемые напряжения подаются на вход Y осциллографа.
Рис. 19.4 Рис. 19.5
Генератор PQ является источником гармонической ЭДС. Выходное напряжение и частоту генератора можно менять в широких пределах.
Осциллограф РО служит для измерения амплитуд напряжений на входе и выходе цепи, а также для измерения угла сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением.
Источник питания ИП предназначен для питания схемы коммутатора.
Порядок выполнения работы
Перед выполнением заданий ознакомиться с описаниями приборов, используемых в данной установке.
Установить исходное положение кнопочных переключателей на панели кассеты ФПЭ – 09: все кнопки отжаты.
Установить органы управления на панели осциллографа РО в положение, обеспечивающее измерение амплитуды и развертку во времени переменного напряжения. Ручку развёртки «Время/дел» поставить в положение «10», «Вольт/дел» – в положение «0.1». На панели осциллографа нажать кнопку «Внутр/внеш». Все остальные кнопки должны быть отжаты.
Присоединить все приборы к сети ~220 В. Включить приборы тумблерами «Сеть». Дать приборам прогреться в течение 3 – 5 мин.
Установить следующие параметры выходного сигнала генератора: частота – 20 кГц, напряжение – около 2 В.
Установить размах колебаний напряжения генератора на экране осциллографа в пределах примерно 2/3 экрана подбором коэффициента Ку канала вертикального отклонения сигнала осциллографа.
Получить устойчивое изображение сигнала генератора на экране.
Установить такую длительность развертки, при которой на экране наблюдается 2 – 3 периода исследуемого сигнала.
Отрегулировать окончательно вертикальный размер изображения сигнала генератора на экране осциллографа с помощью ручки плавной регулировки выходного напряжения генератора.
Задание 1. Изучение электрических процессов в цепи, содержащей два резистора.
Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели кассеты ФПЭ – 09/ПИ ветвь, содержащую резистор R1.
Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов. Вращая ручку усилителя осциллографа «Вольт/дел», установить вертикальный размер сигнала в пределах 2/3 экрана.
Зарисовать наблюдаемые колебания на миллиметровой бумаге. Убедиться, что угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением равен нулю.
Произвести измерение амплитуд напряжений на входе и выходе цепи. Для этого измерить величину амплитуды каждого сигнала в делениях шкалы экрана и умножить полученные значения на коэффициент КУ канала вертикального отклонения осциллографа, который соответствует положению ручки усилителя «Вольт/дел». Все результаты записать в табл. 19.1.
Таблица 19.1
U01 |
U02 |
|
R1 Ом |
φ град. |
||||
U01, дел |
КУ, В/дел |
U01, B |
U02, дел |
КУ, В/дел |
U02, B |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитать значение коэффициента передачи цепи К по формуле (19.19).
Определить величину сопротивления резистора R1 из формулы (19.24):
, (19.33)
где R2=20 кОм.
Данные измерений и вычислений занести в таблицу 19.1.
Задание 2. Изучение электрических процессов в цепи, содержащей резистор и конденсатор.
Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели кассеты ФПЭ – 09 ветвь, содержащую конденсатор С.
Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов, отрегулировать из размеры.
Зарисовать колебания, наблюдаемые на экране осциллографа при частоте генератора 10 кГц.
Определить угол сдвига фаз между током в цепи и выходным напряжением при частоте 10 кГц. Для этого измерить в делениях шкалы экрана осциллографа сдвиг во времени ∆t между изображениями двух исследуемых сигналов и период колебаний Т (рис. 19.6). Разность фаз рассчитать по формуле
(град). (19.34)
Рис. 19.6.
Повторить пункты 3 и 4 при частоте генератора 70 кГц.
Провести измерение амплитуд напряжений на выходе и входе цепи при различных значениях частоты генератора ν (по методике, описанной в пункте 4 задания 1). Частоту генератора менять в пределах от 10 до 70 кГц сначала с интервалом 5 кГц (до 30 кГц), а затем с интервалом 10 кГц.
Рассчитать значение коэффициента передачи цепи К по формуле (19.19) для всего исследованного диапазона частот.
Построить график зависимости коэффициента передачи цепи RC от частоты выходного напряжения К=f(ν).
С помощью графика К=f(ν) оценить величину емкости конденсатора С. Для этого воспользоваться линейным участком графика, который описывается формулой (19.28). Определив тангенс угла наклона линейного участка и приравняв его угловому коэффициенту зависимости (19.28), получим соотношение , откуда .
Рассчитать разность фаз φ по формуле (19.26) при двух значениях частоты генератора: 10 и 70 кГц. Сравнить результаты расчета с результатами непосредственного измерения угла φ.
Данные измерений и вычислений занести в таблицу 19.2.
Задание 3. Изучение электрических процессов в цепи, содержащей резистор и катушку индуктивности.
Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели кассеты ФПЭ – 09 ветвь, содержащую катушку индуктивности L.
Ручкой осциллографа «Уровень» получить на экране устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.
Таблица 19.2
ν, 103, Гц |
U01 |
U02 |
|
С, Ф |
∆t, дел. |
Т, дел. |
φизм, град. |
φрасч, град. |
||||
U01, дел |
КУ, В/дел. |
U01, В |
U02, дел. |
КУ, В/дел. |
U02, В |
|||||||
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зарисовать колебания, наблюдаемые на экране осциллографа при частоте генератора 30 кГц.
Определить угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением при частоте 30 кГц. Для этого измерить в делениях шкалы экрана осциллографа сдвиг во времени ∆t между изображениями двух исследуемых сигналов и период колебаний Т (см. на рис. 19.6). Разность фаз рассчитать по формуле (19.34). Данные занести в таблицу 19.3.
Повторить пункты 3 и 4 при частоте генератора 100 кГц.
Провести измерение амплитуд на входе и выходе цепи при различных значениях частоты генератора ν (по методике, описанной в пункте 4 задания 1). Частоту генератора менять в пределах от 30 до 100 кГц с интервалом 10 кГц.
Рассчитать значения коэффициента передачи цепи К по формуле (19.19) для всего исследованного диапазона частот.
Построить график зависимости .
С помощью графика оценить величину индуктивности катушки L. Для этого воспользоваться линейным участком графика, который описывается формулой (19.32). Определив тангенс угла наклона линейного участка и приравняв его угловому коэффициенту зависимости (19.19), получим соотношение , откуда .
Рассчитать разность фаз φ по формуле (19.30) при двух значениях частоты генератора: 30 и 100 кГц. Сравнить результаты расчета с результатами непосредственного измерения угла φ.
Данные измерения и вычислений занести в таблицу 19.3.
Таблица 19.3
ν, кГц |
10-5 с |
U01 |
U02 |
|
L, Гн |
∆t, дел. |
Т, дел. |
φизм, град. |
φрасч, град |
||||
U01, дел. |
КУ, В/дел. |
U01, В |
U02, дел. |
КУ, В/дел. |
U02, В |
||||||||
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |