- •Физический практикум по электромагнетизму
- •Содержание
- •1. Цепи постоянного тока
- •Передача электроэнергии по линии
- •1. Эффективность передачи электроэнергии
- •2. Распределение нпряжения в линии
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Измерения
- •5. Представление результатов
- •Цепь постоянного тока
- •1. Методы расчёта цепей
- •1.1. Правила Кирхгофа
- •1.2. Метод узловых потенциалов
- •1.3. Метод контурных токов
- •3. Измерения
- •Нелинейные элементы в цепи постоянного тока
- •1. Теоретическое введение
- •1.1. Понятие о нелинейных элементах (нэ)
- •1.2. Статическое и дифференциальное сопротивления
- •1.3. Вольт-амперные характеристики
- •1.4. Графический расчёт простейших нелинейных цепей
- •1.5. Стабилизатор напряжения
- •2. Экспериментальная установка
- •3. Программа работы
- •3.1. Снятие вольт-амперных характеристик
- •3.2. Расчёт и испытание стабилизатора напряжения
- •4. Представление результатов
- •1. Назначение осциллографа
- •2. Блок-схема осциллографа с1-65а
- •2.1. Входной делитель и усилитель канала y
- •2.2. Генератор развёртки
- •2.3. Блок синхронизации
- •2.4. Усилитель канала х
- •2.5. Калибратор
- •3. Некоторые технические хароактеристики
- •4. Ручки управления
- •4 .1. Ручки управления элт
- •4.2. Ручки управления канала y
- •4.3. Ручки управления синхронизацией
- •4.4. Ручки управления развёрткой
- •4.5. Ручки управления калибратором
- •5. Программа работы
- •5.1. Установка исходного состояния осциллографа
- •5.2. Включение осциллографа
- •5.3. Работа с калибратором
- •5.4. Измерения параметров синусоидального напряжения
- •5.5. Измерение параметров импульсного напряжения
- •5.6. Представление результатов
- •Мостовые измерения
- •1. Идея метода
- •1.1. Мост постоянного тока
- •1.2. Мост переменного тока
- •1.2.1. Баланс моста на переменном токе
- •1.2.2. Измерение ёмкостей конденсаторов
- •1.2.3. Измерение индуктивностей катушек
- •2. Оценки точности мостовых измерений
- •2.1. Мост постоянного тока
- •2.2. Мост переменного тока
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Измерения сопротивлений резисторов
- •4.2. Измерения ёмкостей конденсаторов
- •4.3. Измерения индуктивностей
- •4.4. Оценки точности измерений
- •4.5. Определение взаимной индуктивности катушек
- •Определение удельного заряда электрона из закона «трёх вторых»
- •1. Введение
- •2. Вольт-амперная характеристика
- •2.1. Плоский диод
- •2.2. Цилиндрический диод
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Измерения
- •4.2. Обработка результатов
- •Измерение малых сопротивлений
- •1. Теоретическое введение
- •1.1. Проблема измерения малых сопротивлений
- •1.2. Метод шунта
- •1.3. Простой мост
- •1.4. Метод двойного моста
- •1.5. Оценки точности измерений
- •2. Экспериментальная установка
- •3. Программа работы
- •3.1. Измерения сопротивлений методом шунта
- •3.2. Измерения сопротивлений двойным мостом
- •2.2. Магнитные измерения
- •Магнитное поле земли
- •1. Структура магнитного поля земли
- •2. Установка и метод
- •3. Измерения
- •Измерения баллистическим гальванометром
- •1. Теория баллистического гальванометра
- •1.1. Гальванометры
- •1.2. Устройство баллистического гальванометра
- •1.3. Принцип действия баллистического гальванометра
- •1.4. Принцип измерения ёмкости
- •1.5. Принцип измерения магнитного поля
- •1.6. Принцип измерения взаимной индуктивности
- •2. Лабораторная установка
- •3. Измерения и расчёты
- •3.1. Измерение ёмкости конденсатора
- •3.2. Измерение магнитного поля катушки
- •3.3. Измерение взаимной индуктивности обмоток
- •3.4. Расчёты полей в соленоиде
- •Определение параметров конденсаторов и катушек
- •1. Введение
- •2. Метод
- •2.1. Определение ёмкости конденсатора
- •2.2. Определение индуктивности катушки
- •2.3. Определение взаимной индуктивности катушек
- •3. Лабораторная установка
- •4. Измерения
- •4.1. Измерение ёмкости конденсатора
- •4.2. Измерение индуктивности катушек
- •4.3. Измерение взаимной индуктивности
- •Изучение свойств ферромагнетиков
- •1. Магнитное поле в веществе
- •1.1. Намагничивание вещества
- •1.2. Магнитное поле в веществе и вектор н
- •1.3. Связь между векторами м, в и н
- •1.4. Размерности
- •2. Основные характеристики ферромагнетиков
- •2.1. Кривая намагничивания
- •2.2. Магнитная проницаемость
- •2.3. Гистерезис
- •2.4. Потери энергии при перемагничивании ферромагнетика
- •2.5. Природа ферромагнетизма
- •3. Снятие гистерезисных петель
- •3.1. Метод
- •3.2. Экспериментальная установка
- •3.3. Программа измерений
- •3.4. Обработка результатов
- •Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •1. Введение
- •2. Идея метода
- •3 . Движение электрона в скрещенных полях
- •3.1. Плоский диод
- •3.2. Цилиндрический диод
- •4. Причины уменьшения точности метода
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Программа работы
- •6.1. Измерения
- •6.2. Обработка результатов
- •Эффект холла
- •1. Электрические особенности полупроводников
- •2. Элементарная теория эффекта холла
- •3. Лабораторная установка
- •3.1. Состав лабораторной установки
- •3.2. Гальванометр
- •3.3. Образец
- •3.4. Катушки электромагнита
- •4. Программа измерений
- •4.1. Домашняя подготовка
- •4.2. Измерение удельной проводимости
- •4.3. Измерения эдс Холла
- •5. Обработка и представление результатов
- •Определение ампера
- •1. Теоретические сведения
- •1.1 Определение магнитного поля
- •1.2. Действие магнитного поля на ток (сила Ампера)
- •1.3. Закон Био-Савара
- •1.4. Взаимодействие параллельных проводов с токами.
- •2. Идея метода
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Измерения
- •4.2. Обработка результатов
4.4. Оценки точности измерений
1. По определённым в разделе 4.1 величинам Im, U и Rх вычислить по формуле (5) относительную погрешность δ измерений Rх1 и Rх2. Сопротивления R на стенде считать заданными точно.
2. По определённым в разделе 4.2 величинам Um, U, ω и Сх вычислить по формуле (7) погрешность измерений Сх1 и Сх2, полагая в (7) Rх=1/(ωСх).
4.5. Определение взаимной индуктивности катушек
Обмотки катушек Lx1 и Lx2 на стенде уложены на общий каркас и соединены последовательно. Но последовательное соединение обмоток может быть согласованным, а может – встречным. В первом случае витки одной являются продолжением витков другой. Во втором случае при переходе на обмотку 2 витки меняют направление, так что магнитные поля обмоток 1 и 2 направлены навстречу друг другу и результирующее поле в каркасе равно их разности. Известно, что общая индуктивность двух магнитно-связанных катушек
L=L1+L2±2M, (8)
где М – их взаимная индуктивность; знак «+» берётся при их согласованном соединении, а «−» при встречном.
По измеренным в разделе 4.3 Lx1, Lx2 и Lх и формуле (8) определить характер соединения обмоток и их взаимную индуктивность М.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Что такое баланс моста на постоянном и на переменном токе?
2. Из определения баланса вывести соотношение между сопротивлениями (импедансами) плеч моста.
3. Нарушится ли баланс моста, если генератор и гальванометр поменять местами?
4. Чем обеспечена высокая точность мостового метода измерения сопротивлений? Почему точность измерения ёмкости и индуктивности этим методом существенно ниже?
5. Показать, что при включении С0 не в противоположное. а в одно из смежных плеч моста на рис. 4, баланса не достигнуть.
6. Можно ли сбалансировать мост на рис. 3, используя в нём не переменную ёмкость С0, и переменную индуктивность L0? Если да, то как её надо включать в мост?
7. Безразличен ли выбор рабочей частоты моста для определения ёмкости и индуктивности? Если да, то почему бы не взять её очень низкой, скажем, 50 Гц; или очень высокой, например, 10 МГц?
8. Что такое импеданс и полное сопротивление элемента цепи?
9. Построить график функции (7) и найти её минимум.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калашников С. Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §§ 58, 227, 228.
Работа № Ф312
Определение удельного заряда электрона из закона «трёх вторых»
Цель работы: изучение процессов в вакуумном диоде, теоретическое и экспериментальное получение его вольт-амперной характеристики (закона «трёх вторых») и определение из неё удельного заряда электрона e/m.
1. Введение
Существует много методов определения удельного заряда электрона e/m, где е – заряд электрона (элементарный заряд), m – его масса. В отличие от измерения самогó элементарного заряда, определение отношения е/m технически гораздо проще, так как эта комбинация входит в уравнения движения электрона в электрическом и магнитном полях, в закон сохранения энергии и явно выражается через легко измеряемые величины: геометрию электродов, напряжения и токи между ними, поля В и Е в межэлектродном пространстве.
В настоящей работе отношение е/m экспериментально определяется методом, основанным на снятии вольт-амперной характеристики вакуумного диода и использовании так называемого закона «трёх вторых»: I=kU3/2, в котором отношение е/m явным образом входит в коэффициент k.