ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ
З ФІЗИКИ
НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК
Частина 2
( Електродинаміка)
ЛАБОРАТОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ ЯВИЩ
Рекомендовано до друку Науково-методичною радою Національного університету „Львівська політехніка” як навчальний посібник для всіх форм навчання
Львів
Видавництво Національного університету „Львівська політехніка”
2005
Рекомендовано до друку Науково-методичною радою Національного університету „Львівська політехніка” як навчальний посібник для всіх форм навчання
( пртокол № -------від------------2005 року )
Рецензенти:
Головний науковий редактор проф.. Лопатинський І.Є.
Наукові редактори: доц. Билинський Ю. М.,
доц. Крушельницька Т.Д.
доц. Лахоцький Т.В.,
доц. Юречко Р.Я.
У посібнику подано 19 інструкцій до виконання лабораторних робіт у лабораторії електричних і магнітних явищ Національного університету „Львівська політехніка”. Для студентів стаціонарної, заочної, дистанційної форм навчання та екстернату.
© Андрейко А.М., Билинський Ю.М., Б. І Гасій,
Дубельт С.П., Зачек І.Р., Ільчук Г.А., Лобойко В.І., Лунь Ю.О.,
Крушельницька Т.Д. Лахоцький Е.В., Омелян М.Ф.,
Романюк М.М., Середа В.М., Юречко Р.Я., Березіна В.О., Сороковський А.М.
ВСТУП
Навчальний посібник „Лабораторний практикум з фізики” рекомендований для студентів інженерно-течнічних спеціальностей Національного університету „Львівська політехніка” .
Посібник складається з семи розділів, кожний з яких містить теоретичну частину і відповідні інструкції до лабораторних робіт. У теоретичній частині описано явища і ефекти, які досліджуються в даному розділі, пояснюється фізична суть явищ і виводяться основні формули, що використовуються у відповідних лабораторних роботах. В інструкціях до лабораторних робіт висвітлюється мета досліджень, що здійснюються в даній роботі, подано детальний опис вимірювальних пристроїв, описано послідовність виконання робіт, подано взірці таблиці для записів результатів вимірювань і розрахунків, а також контрольні запитання. В окремих роботах приводиться перелік необхідних дій, що стосуються техніки безпеки при виконанні даної роботи.
Щоб підготуватися до виконання лабораторної роботи і знайти відповіді на контрольні запитання, які можуть бути поставлені викладачем при допуску до виконання роботи або зарахуванні результатів дослідження, необхідно ґрунтовно опрацювати відповідний розділ даного посібника. При потребі, для більш глибшого вивчення відповідного явища можна використати підручники, список яких подано в кінці цього посібника.
Розділ 1
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола
1.1. Будова і принцип роботи основних електровимірювальних приладів.
В залежності від того, яке фізичне явище використовується в даному приладі для вимірювання, електровимірювальні прилади поділяються на системи. Розрізняють такі основні системи електровимірювальних приладів.
Магнітоелектрична система.
Принцип
дії приладів магнітоелектричної системи
ґрунтується на дії магнітного поля
постійного магніту на рухому котушку,
по якій протікає струм, величину якого
необхідно виміряти. Схема будови такого
приладу приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1
У невеликому повітряному щілині між залізним циліндром і полюсними наконечниками може вільно обертатися на осі котушка 2, яка охоплює залізний циліндр. Котушка складається з алюмінієвого каркаса прямокутної форми, на якому намотана тонка дротина. На осі котушки закріплена стрілка 4, кінець якої переміщується над шкалою з поділками. Взаємодія струму, що проходить по обмотці котушки, і магнітного поля в повітряній щілині зумовлює виникнення обертового моменту, під дією якого котушка намагається обертатися на осі. Момент протидії створюють дві спіральні пружини 3, які закручені в протилежні сторони і одночасно служать для підведення струму. При пропусканні постійного струму через котушку, за рахунок взаємодії струму з магнітним полем магніту котушка буде обертатись навколо осі до тих пір, поки момент протидії пружин, який зростає із збільшенням кута повороту котушки, не стане рівним обертовому моменту. Оскільки момент протидії пружин пропорційний до кута закручування, то кут відхилення котушки і з’єднаної з нею стрілки буде пропорційний силі струму, що протікає по котушці.
Лінійна залежність між струмом і кутом відхилення стрілки дає можливість зробити шкалу приладу рівномірною. Через те, що каркас рухомої котушки виготовлений з алюмінію, тобто, з провідника, то при русі в магнітному полі індукційні струми, що виникають у ньому створюють гальмівний момент, який обумовлює швидке заспокоєння стрілки.
Прилади магнітоелектричної системи використовують для вимірювань тільки у колах постійного струму. Постійний струм необхідно пропускати через котушку в одному визначеному напрямі. Прилади, які мають такі властивості, називаються поляризованими і мають на своїх затискачах позначення “+” і “–“. Якщо дивитися на прилад зі сторони шкали, то знак “+” ставиться біля правого затискача (клеми). При вмиканні приладу в коло до цього затискача підводять провідник від додатного затискача джерела струму. Ця вимога не стосується приладів, в які мають нульову поділку посередині шкали.
До переваг приладів магнітоелектричної системи відносяться:
а) висока чутливість і точність показів;
б) нечутливість до зовнішніх магнітних полів;
в) мале споживання енергії;
г) рівномірність шкали;
д) аперіодичність (стрілка швидко встановлюється на певній поділці шкали практично без коливань).
До недоліків приладів цієї системи можна віднести:
а) можливість проводити вимірювання тільки в колі постійного струму;
б) чутливість до перевантажень.