Хід виконання лабораторної роботи

Н а Мал.2 показана електрична схема установки для визначення питомого заряду електрона за допомогою магнетрона,

У роботі використовуються такі джерела живлення: джерело постійного струму для розжарення катоду лампи магнетрона з напругою 6,3 В, джерело живлення анодного кола 220 В і джерело постійного струму для живлення соленоїда 30 В.

Роботу виконувати у такій послідовності.

1. Зібрати електричну схему установки.

2. З няти залежність анодного струму магнетрона від сили струму в соленоїді. Виміри провести для 2-3 значень анодної напруги. За початок відліку взяти максимальне значення струму соленоїда, поступово зменшуючи його до величини (близько 2А), при якому перестає змінюватись анодний струм. Інтервал визначення струму в соленоїді варто вибрати рівним 0.5 A

3. Результати вимірів занести в Таблиці.

Методика обробки результатів вимірювання

1. За даними Таблиці побудувати на міліметрівці графіки залежності анодного струму від струму соленоїда . На спадній частині графіків провести дотичні і знайти точки перетину її з віссю абсцис, як показано на Мал.3. Точка перетину покаже середнє значення критичного струму . Занести ці значення до Таблиці.

2. Утворити з виразу (5) лінійну залежність y=a+bx, де

. (6)

3. Розрахувати в MCad або в Excel методом найменших квадратів значення питомого заряду електрона для лініаризованої формули (6). Результат представити у виді

з коефіцієнтом кореляції

.

Контрольні питання

1. Яка сила діє на електричний заряд, що рухається в магнітному полі? Чому вона дорівнює і як спрямована?

2. Що таке магнетрон? Опишіть експериментальний метод визначення питомого заряду електрона та Виведіть формулу (5).

3. Розтлумачте фізичний зміст поняття «Критичний струм» соленоїда .

4. Як обчислити довірчу границю результату виміру питомого заряду електрона?

Література

1.Клименко В.М., Клименко А.П. Буквар курсу загальної фізики. Частина 1.

2.Опрацювання результатів вимірювання при виконанні лабораторних робіт фізичного практикума з використанням математичної системи Mcad. (Методичні вказівки до лабораторного практикуму для студентів усіх спеціальностей) . А.О.Потапов, А.І.Мотіна. - К.: КНУТД, 2004.- 112 с.

Лабораторна робота № 34

ВИВЧЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ КОРОТКОГО

СОЛЕНОЇДА

Мета роботи

• виміряти величину напруженості магнітного поля короткого соленоїда на його осі за допомогою котушки,

• розрахувати теоретичне значення напруженості магнітного поля на осі короткого соленоїда,

• порівняти результати експерименту та теорії.

Прилади та обладнання

• короткий соленоїд,

• вимірювальна котушка,

• балістичний гальванометр,

• міліамперметр,

• блок живлення .

Коротка теорія.

І.Магнітне поле короткого соленоїда з точки зору закону Біо-Савара-Лапласа вичерпно розглянуто в [1, п.11.3.3] Основним результатом є вираз для напруженості магнітного поля на осі соленоїда, як функції відстані х від центру соленоїда. Цей вираз такий

, (1)

де І - сила струму, що протікає по обмотці соленоїда, L – довжина соленоїда, n – лінійна густина витків, х – координата точки спостереження відносно центру соленоїда, кути ₁ та ₂ представлені на Мал.1, причому

(2)

де R – радіус соленоїда.

І

І.Напруженість магнітного поля уздовж осі короткого соленоїда експериментально визначають за допомогою вимірювальної котушки, підключеної до балістичного гальванометра.

Схема вимірювальної установки показана на Мал.2, де 1- вимірювальна котушка ВК, підключена до балістичного гальванометра 7; 2 – соленоїд; 3- лінійка; 4 - кнопка замикання кола струму соленоїда; 5 - джерело живлення; 6 – амперметр; О - початок відліку осі ОХ. Напруженість магнітного поля вимірюють наступний чином. Балістичний гальванометр 7 підключається до вимірювальної котушки 1. Магнітний потік, що пронизує котушку 1 при максимальному струмові у соленоїді дорівнює

, (3)

де S₂ - поперечний переріз котушки 1. N₂ - число витків котушки 1.

Очевидно, що при вмиканні ( початковий струм і потік ) або вимиканні (кінцевий струм і потік ) кнопки 4 зміна магнітного потоку ΔФ, що пронизує вимірювальну котушку, дорівнює максимальному значенню магнітного потоку . Відомо, що всяка зміна магнітного потоку приводить до виникнення в замкнутому електричному колі індукційного струму. Заряд q, що пройшов у колі вимірювальної котушки через балістичний гальванометр після замикання чи після розмикання ключа 4, дорівнює:

, (4)

де R₂ - загальний опір кола вимірювальної котушки.

Заряд q, що пройшов через балістичний гальванометр пропорційний відхиленню стрілки 

, (4)

де С_q - балістична стала гальванометра. З формул (4) і (5) одержимо остаточний вираз для напруженості магнітного поля соленоїда

(6)