- •Саратовский государственный технический университет
- •Электроизмерительные приборы
- •Основные теоретические сведения
- •Класс точности и цена деления электроизмерительного прибора
- •Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений и обработка результатов Задание 1. Определение погрешностей электроизмерительных приборов установки.
- •Задание 2. Расчёт сопротивления шунта, использованного для расширения пределов измерения амперметра.
- •Задание 3. Расчёт добавочного сопротивления к вольтметру для расширения пределов измерения вольтметра.
- •Электроёмкость конденсатора
- •Основные теоретические сведения
- •Описание установки
- •Порядок проведения измерений и обработки результатов Расчёт ёмкости конденсатора методом баллистического гальванометра.
- •Законы постоянного и переменного тока
- •Основные теоретические сведения Законы постоянного тока
- •Законы переменного тока.
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений и обработки результатов Задание 1. Измерение напряжений на разных участках цепи.
- •Задание 2. Проверка закона Ома для участка цепи.
- •Задание 3. Проверка закона Ома для цепи переменного тока с индуктивностью.
- •Магнитное поле
- •Основные теоретические сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений и обработки результатов Задание 1. Определение магнитного поля в центре соленоида.
- •Задание 2. Определение зависимости напряженности магнитного поля от расстояния от центра соленоида.
- •Электромагнитные волны
- •Основные теоретические сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений и обработка результатов
- •Литература
- •Приложение
- •Вычисление случайной погрешности прямых измерений
- •Метод наименьших квадратов
- •Вычисление полной погрешности измерений
- •Содержание
- •Сведения об экспериментальных установках Лаб. Раб. №5 Электромагнитные волны
Задание 2. Проверка закона Ома для участка цепи.
1. В режиме постоянного тока измерить зависимость напряжения от тока в цепи для каждого из сопротивлений. Для этого переключатель«J–Rn» установить в положения – «1», «2», «3», и регулятором тока задавать различные значения силы тока, протекающего по цепи. Полученные данные записать в таблицу.
2. По результатам измерений построить графики зависимостей . Используя метод наименьших квадратов, рассчитать сопротивлениякак угловые коэффициенты построенных графиков по формуле (П7), где,,.
3. Рассчитать погрешность углового коэффициента по формуле (П8) представить результат измерения в виде, где.
4. Возможен и другой способ определения погрешности поi-му единичному измерению:
,
где и– абсолютные погрешности измерительных приборов.
Задание 3. Проверка закона Ома для цепи переменного тока с индуктивностью.
1. Переключатель режимов перевести в режим переменного тока. Вращая ручку регулятора тока, снять зависимость напряжения от тока в цепи на каждой из катушек индуктивности . Выбор катушек провести с помощью программного переключателя. Полученные данные записать в таблицу.
2. По результатам измерений построить графики зависимостей . Используя метод наименьших квадратов, рассчитать полные сопротивления катушеккак угловые коэффициенты построенных графиков по формуле (П7), где,,.
3. Рассчитать погрешность углового коэффициента по формуле (П8), представить результат измерения в виде, где.
4. По формуле (3.24) рассчитать полные сопротивления катушек, подставив значения активных сопротивлений R, индуктивностей L и частоты переменного тока . Полученный результат сравнить с экспериментальным.
Магнитное поле
Цель работы: знакомство с основными характеристиками магнитного поля, определение напряженности магнитного поля короткого соленоида.
Основные теоретические сведения
Движущиеся заряды создают в пространстве вокруг себя магнитное поле, поэтому в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, существует магнитное поле.
Количественными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция и напряженность магнитного поля.
Элемент проводника с токомсоздает в точке, находящейся на расстоянииот него поле с индукцией, которая определяется законом Био-Савара-Лапласа:
. (4.1)
Рис. 4.1. Взаимная ориентация векторов,и |
Магнитное поле можно изобразить при помощи силовых линий – линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора индукции магнитного поля. Силовые линии магнитного поля замкнуты.
Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: магнитное поле, создаваемое несколькими токами, равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым током в отдельности.
Mагнитное поле проводника конечной длиныможет быть найдено путем интегрирования:, гдеопределяется законом Био-Савара-Лапласа, интегрирование производится по всей длине проводника.
Кроме вектора магнитной индукции в качестве характеристики поля используют напряженность магнитного поля . В однородной изотропной среде вектор индукции связан с вектором напряженности следующим соотношением:
. (4.2)
Здесь Гн/м – магнитная постоянная,– магнитная проницаемость среды.
Рис. 4.2 Катушка индуктивности |
, (4.3)
где I– сила тока, протекающего в витке,R – радиус витка,a – расстояние между центром витка и наблюдаемой точкой. Вектор магнитной индукции лежит вдоль оси симметрии витка. Согласно формуле (4.3) виток элементарной длины, являющейся частью катушки, создаёт в центре катушки магнитное поле величиной
, (4.4)
где x – координата выделенного витка, – ток, протекающий по выделенному витку, N – количество витков в катушке, l – длина катушки.
Применим принцип суперпозиции, т.к. вектора для всех элементарных витков направлены в одну и ту же сторону, то принцип суперпозиции сводится к алгебраическому сложению:
. (4.5)
Из формулы (4.5) в случае среды со слабыми магнитными свойствами следует формула для напряжённости магнитного поля:
. (4.6)
Рис. 4.3 Круговая рамка с током и магнитная стрелка |
Наличие магнитного поля можно обнаружить по его действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. В качестве последних можно использовать магнитную стрелку, изготовленную из намагниченной стальной пластинки, или рамку с током – замкнутый плоский контур произвольной формы, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих поле. Каждый из этих физических объектов обладает собственным магнитным полем. Магнитные поля этих объектов по форме похожи, поэтому магнитную стрелку всегда можно представить в виде круговой рамки с током I(рис. 4.3).
Рис. 4.4 Круговая рамка с током во внешнем поле |
Если рамку с током поместить во внешнее однородное магнитное поле с индукцией , то на участки проводника начнут действовать силы Ампера, момент которых определяется по формуле
,, (4.7)
где – угол между векторамии.
Под действием момента амперовых сил рамка начнёт вращение, ориентируясь в положение, при котором момент сил становится равным нулю, т.е. при , когда.