2 курс / electro-vopros-otvet

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

пряжённость поля равна

пряжённость поля равна

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

17.03.2015

Размер:

207.51 Кб

Скачать

☆

MMVIII, СибГАУ/Аэрокосмический факультет/Кафедра физики/Лаборатория электричества и магнетизма

11. Обработка результатов эксперимента при выполнении лабораторного практикума по электричеству и магнетизму

1. Как определить количество значащих цифр в числе?

Для этого нужно сосчитать все цифры в числе слева направо, не обращая при этом внимания на: а) запятую, б) множитель вида 10n, в) все нули, стоящие в начале числа (слева). Напри-

мер, в числах 123; 0,123; 0,000123; 0,0103; 123·10123; 0,123·10-123 во всех по 3 значащих цифры.

цифра — ноль десятков, округляем до них

2007, ответ: (201±10)·101.

4. Абсолютная погрешность. Определение, формула, размерность

Это разность между найденным на опыте и истинным значением физической величины:

x = xизмеренное − xистинное . Размерность та же,

что и у измеряемой величины.

5. Относительная погрешность. Определение, формула, размерность

Это отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины:

δ x =	x
	. Безразмерная величина. Обыч-

2. Как следует округлять абсолютную погреш-

xизмеренное

ность?

но выражается в процентах. Пример: x = 2 см,

Нужно округлять абсолютную погрешность

x = 0,05 см, δ x =

0, 05см

= 0, 025 = 2, 5% .

справа налево (по обычному правилу —

от-

брасывая справа по одной цифре с увеличени-

2см

ем цифры слева на единицу, если нужно) до

6. Среднеквадратичная случайная погреш-

тех пор, пока не останется одна единственная

ность. Формула

значащая цифра. При необходимости к ре-

x =

(

− x1 )2 + (

− x2 )2 + ... + (

− xn )2

;

зультату такого округления нужно дописать

множитель вида 10n. Исключение: если первая

здесь x ,

x , …,

x — результаты измерений,

значащая цифра в исходном числе —

единица,

n —

число измерений.

то в нём следует оставлять две значащих циф-

7. Полная погрешность. Определение, форму-

ры. Примеры: 0,02345≈0,02; 1,2345≈1,2;

ла. Особенность вычисления по формуле

789≈8·102; 10001≈1,0·104.

Это погрешность, учитывающая одновремен-

3. Как следует округлять результат измерения,

ное наличие как систематической, так и слу-

если известна его абсолютная погрешность?

чайной

погрешностей

—

Его следует округлять до того же разряда, что

xполная

( xслучайная )2 + ( xсистематическая )2 .

и последняя цифра в предварительно округ-

лённой погрешности. При этом может потре-

В случае, когда большая из составляющих по-

боваться множитель вида 10n. Примеры: а) до

грешностей превышает меньшую вдвое или

округления:

1,2343±0,0341; округляем

по-

больше, полную погрешность приравнивают к

грешность: 0,03, последняя цифра —

три со-

этой

большей погрешности. Пример:

xсл. =

тых, поэтому до сотых округляем и результат

0,6 мм, xсист. = 0,3мм. Так как 0,6/0,3 = 2, то

измерения, ответ: 1,23±0,03; б) 2007±100, ок-

руглённая

погрешность 10·101, последняя

без

вычислений

записываем: x

≈

полн.

сл.

0,6 мм.

8. Цена деления, предел измерений, класс точности и абсолютная погрешность электроизмерительного прибора. Определения, формулы

Цена деления — расстояние между ближайшими делениями шкалы, выраженное в единицах измеряемой величины. Предел измерений — значение измеряемой величины, при котором стрелка отклоняется до конца шкалы. Класс точности (обозначается γ , указывается на шкале) позволяет определить абсолютную погрешность измерений данным прибором по

формуле:	x	=	γ × xпредельное	, где

	систематическая	100

xпредельное —	предел измерений прибора.

9. Зависимость сопротивления цилиндрического проводника от его геометрических размеров. Физический смысл, размерность удельного сопротивления

Сопротивление проводника тем больше, чем он длиннее и чем меньше площадь его попе-

речного сечения: R	l	,	→ R = ρ	l	. Коэф-

	S			S

фициент ρ , имеющий разные значения для разных материалов проводника, называется удельным сопротивлением. Размерность в системе СИ — Ом·м (читается «Ом метр»).

10. Закон Ома. Направление электрического тока

Ток, текущий через проводник, прямо пропорционален приложенному напряжению (коэффициент пропорциональности — величина,

обратная сопротивлению) I U , I = U . За

направление электрического тока принимают направление движения положительного заряда. То есть от плюса (отталкивается) к минусу (притягивается).

1. Определение горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли

1. Изобразите схематически силовые линии магнитного поля а) линейного, б) подковообразного постоянного магнита

2. Изобразите		сило-
вые	линии магнитного
поля	Земли,	укажите

точки земной поверхности, где магнитное поле а) вертикально, б) горизонтально

3. Какое по конфигурации магнитное поле создаёт вокруг себя линейный ток? Правило буравчика

Силовые линии этого поля — окружности, охватывающие прямую, вдоль которой течёт ток. Направление этих окружностей определяется так, чтобы при соответствующем вращении ручки буравчика он поступательно двигался в направлении тока.

вращают по направлению тока в витке, поступательно двигался в направлении поля.

6. Какова величина магнитного поля в центре кругового тока?

В центре витка радиусом r , по которому те-

чёт ток I величина поля B = μ0 I . 2r

7. На какие две составляющие раскладывают магнитное поле Земли в контексте данной работы и почему? Куда показывает стрелка компаса, когда по катушке тангенс-гальванометра протекает электрический ток?

Компас чувствителен только к горизонталь-

ной составляющей магнитного поля Земли —

H Гор. . Кроме неё есть ещё вертикальная со-

ставляющая — H Верт. . Их сумма даст полный

вектор		магнитного	поля		Земли:

H Полное	= H Верт. + H Гор. .		Стрелка	устанавлива-

ется вдоль		вектора	H = H Гор.	+ H Кат. , где

H Кат. — поле, создаваемое катушкой.

8. Закон Био-Савара-Лапласа в дифференциальной форме

Линейный ток длины dl и величины I создаёт на расстоянии r от себя магнитное поле

величины dB = μ0 Idl sinα , где α — угол меж4π r 2

ду током и вектором r .

4.	Какое по величине поле создаёт вокруг себя			9. Направлению движения зарядов какого зна-
бесконечный линейный ток?				ка соответствует направление тока?
Бесконечно длинный ток величины I создаёт				За направление тока условно принимают на-
на	расстоянии r от себя магнитное поле			правление движения положительных зарядов.
B =		μ0 I	.	10. Принцип суперпозиции для магнитного поля
		2π r		Поле, создаваемое несколькими токами, равно
5.	Каково направление магнитного поля в цен-			векторной сумме полей, которые	эти токи

тре витка с током?				создавали бы по отдельности: H = ∑ Hi .

Вектор магнитного поля перпендикулярен плоскости витка. Направление его определяется так, чтобы буравчик, ручку которого

2. Исследование электростатического поля

1. Закон Кулона

Сила взаимодействия между двумя точечными зарядами в вакууме пропорциональна этим зарядам и обратно пропорциональна квадрату

q q

расстояния между ними: F 1 2 . r2

2. Напряжённость электростатического поля, её размерность

Напряжённость поля в точке равна силе, действующей на пробный заряд, помещённый в эту точку, делённой на величину этого заряда:

E = F . По направлению напряжённость сов- q

падает с силой, действующей на пробный по- ложительный заряд. Размерность — Н/Кл или В/м.

3. Силовая линия (линия напряжённости) электростатического поля

Это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости.

4. Потенциал электростатического поля, его размерность

Равен работе, которую нужно совершить, перемещая положительный заряд из данной точки на бесконечное расстояние, делённой

на этот заряд: ϕ = A . Размерность — В или q

Дж/Кл.

5. Эквипотенциальная поверхность

Это поверхность, во всех точках которой потенциал поля имеет одно и то же значение.

6. Связь силовых линий и эквипотенциальных поверхностей

В любой точке поля силовая линия нормальна к эквипотенциальной поверхности.

7.Изобразить силовые линии поля а) точечного заряда, б) двух разноимённых точечных зарядов

8.Чему равна напряжённость поля точечного заряда?

На расстоянии r от точечного заряда q на-

9. Линейная/поверхностная/объёмная плотность заряда. Формула для напряжённости поля, создаваемого бесконечной заряженной плоскостью

Это отношение величины заряда к длине/площади/объёму, по которым он распреде-

лён. E =	σ		, σ —	поверхностная плотность
лён. E =	2ε	0	, σ —	поверхностная плотность
		0
заряда.

10. Принцип суперпозиции для электростатического поля

Поле, создаваемое несколькими зарядами, равно векторной сумме полей, которые эти заряды создавали бы по отдельности:

E = ∑ Ei .

4. Определение удельного заряда электрона

1. Значения элементарного заряда и массы электрона

e = -1, 6 ×10−19 Кл; me = 0,9 ×10−30 кг.

2. Сила Лоренца

На частицу с зарядом q , движущуюся перпендикулярно магнитному полю B со скоростью v , действует сила Лоренца

FЛоренца = qvB .

3. Правило левой руки

Индукция магнитного поля входит в ладонь, четыре пальца вдоль скорости положительно заряженной частицы, большой палец покажет направление силы Лоренца.

4. Куда будет направлена сила Лоренца, действующая на положительно заряженную частицу, движущуюся горизонтально в однородном магнитном поле, силовые лини которого направлены вертикально вверх?

Левую руку располагаем ладонью вниз (силовые линии входят в ладонь), четыре пальца направлены вперёд (по скорости), большой палец показывает вправо.

5. Однородное магнитное поле, его силовые линии

Это поле, направление и величина которого одинаковы во всех точках пространства. Силовые линии — равноотстоящие параллельные прямые.

6. Силовые линии электростатического поля плоского конденсатора

7. От чего зависит напряжённость электростатического поля, в котором движется электрон в данной работе?

E = U . U , d — разность потенциалов и рас- d

стояние между пластинами конденсатора.

8.Силовые линии магнитного поля соленоида

9.От чего зависит напряжённость магнитного поля, в котором движется электрон в данной работе?

H = In . I , n — ток, текущий через соленоид, и число витков, приходящихся на 1м длины соленоида.

10. Траектория движения положительно заряженной частицы в поперечном однородном магнитном поле

Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости и играет роль центростремительной силы. Частица при этом равномерно движется

по окружности радиуса R = mv , где m, v, q — qB

соответственно масса, скорость и заряд частицы, а B — величина магнитного поля.

7. Изучение работы источника ЭДС

1.Сторонние силы

Силы неэлектростатического происхождения, под действием которых заряды на участке цепи перемещаются в направлении возрастания потенциала, то есть против электростатических сил.

2. Электродвижущая сила, её размерность

Равна работе сторонних сил по перемещению заряда между двумя точками цепи, делённой

на величину этого заряда: ε = A . Размерность q

— Дж/Кл или В.

3. Разность потенциалов

Равна работе электростатических сил, совершаемой ими при перемещении заряда между двумя точками цепи, делённой на этот заряд:

ϕ1 − ϕ2 = A12 .

4. Закон Ома для замкнутой цепи

Ток, текущий в замкнутой цепи, равен ЭДС, действующей в ней, делённой на суммарное

сопротивление всей цепи: I = ε .

5. Зависимость напряжения на нагрузке от текущего по ней тока

Это	линейная	зависимость: U (J ) = ε - r × J ,
где ε	— ЭДС	источника питания, а r — его

внутреннее сопротивление.

6. Полная, полезная и мощность потерь

∙Полная мощность — произведение тока,

текущего в цепи, на действующую в ней

ЭДС: Pполная = Jε .

∙Полезная мощность — мощность, выделяющаяся на нагрузке: Pполезная = JU . J — ток в цепи, U — напряжение на нагрузке.

∙Мощность потерь — мощность, выде-

ляющаяся на источнике питания; равна произведению квадрата тока на внутреннее сопротивление источника:

Pпотерь = J 2r .

7. Коэффициент полезного действия

Равен отношению полезной мощности к за-

трачиваемой (полной): η = Pполезная . Для дан-

Pполная

ной схемы равен отношению напряжения на нагрузке к ЭДС источника: η = Uε .

8. При каких условиях достигается максимум полезной мощности? Максимум КПД?

∙Максимум полезной мощности достигается при токе, равном половине тока корот-

кого замыкания: JP max = 12 JКЗ (при этом

R = r ).

∙Максимум КПД достигается при минимальном токе (или при условии R r , где R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление источника ЭДС).

9. Короткое замыкание

Режим работы цепи, при котором сопротивление её внешней части (нагрузки) мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника ЭДС: R r .

10. Закон Джоуля-Ленца

Если проводник неподвижен и не изменяет свою химическую структуру, то при протекании электрического тока в нём будет выделяться теплота, равная произведению напряжения, тока и времени: Q = UJt .

8. Изучение свойств ферромагнитного материала

1. Индукция магнитного поля, размерность

Силовая характеристика, равна максимальному вращающему моменту, действующему на контур с током, делённому на магнитный мо-

мент этого контура: B = M max . Размерность в

				pm
СИ — Тл (тесла).
2.	Магнитный			момент контура с током, раз-
мерность
pm = IS .			I , S —	величина тока и площадь, им
охватываемая. Размерность А·м2.
3.	Намагниченность однородно намагниченно-
го магнетика, размерность
J =		∑ pm	это	сумма магнитных моментов

всех микротоков, делённая на объём магнетика. Размерность — А/м.

4. Каким образом вещества, не являющиеся проводниками, могут быть источниками магнитного поля?

Любое вещество состоит из молекул/атомов, в которых движутся заряженные частицы — электроны. Это движение заряженных частиц (микротоки) является причиной возникновения магнитного поля.

5. Диамагнетики. Природа диамагнетизма

Вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле так, что их внутреннее поле оказывается направлено против внешнего. Диамагнетизм обусловлен прецессией электронных орбит, вызванной внешним полем.

6. Парамагнетики. Природа парамагнетизма

Вещества, слабо намагничивающиеся вдоль внешнего поля. Атомы, обладающие ненулевым магнитным моментом, во внешнем поле

приобретают преимущественную ориентацию вдоль его направления.

7. Ферромагнетики. Природа ферромагнетизма

Вещества, сильно намагничивающиеся вдоль внешнего поля и могущие обладать намагниченностью в его отсутствие. Ферромагнетизм обусловлен квантовым взаимодействием спинов электронов ферромагнетика.

8. Магнитные домены, их размер. Точка Кюри

Области в ферромагнетике, в пределах которых все электронные спины сонаправлены. Размер 1..10 мкм. По мере нагревания ферромагнетика домены постепенно распадаются и при достижении температуры, называемой точкой Кюри, исчезают совсем.

9. Явление насыщения при намагничивании ферромагнетиков

По мере увеличения внешнего поля намагниченность ферромагнетика сначала растёт быстро, потом медленнее, а с некоторого момента перестаёт расти — ферромагнетик оказывается в состоянии насыщения. При этом магнитные моменты всех его доменов оказываются ориентированными вдоль поля и намагниченность увеличиваться уже не может.

10. Остаточная намагниченность. Коэрцитивная сила

Остаточная намагниченность — намагниченность, которой обладает ферромагнетик в отсутствие внешнего поля. Коэрцитивная сила

— величина напряжённости внешнего магнитного поля, при которой индукция поля в ферромагнетике обращается в нуль.

9. Определение постоянной Холла и концентрации носителей заряда

1. Какое явление называют эффектом Холла?

Явление возникновения разности потенциалов между гранями пластинки, по которой течёт ток и которая находится в магнитном поле.

2. Условия возникновения эффекта Холла

Проводник, по которому протекает электрический ток, помещён в поперечное магнитное поле.

3. От каких параметров зависит холловская разность потенциалов?

Она пропорциональна току, текущему через пластину, магнитному полю, в которое пластина помещена, обратно пропорциональна ширине пластины (измеряемой вдоль направ-

ления поля): ϕ IB . d

4.Силовые линии магнитного поля соленоида

5.Как в данной работе определяется величина магнитного поля?

Индукция магнитного поля определяется по величине тока, пропускаемого через электромагнит и градуировочному графику.

6. Правило левой руки

7. Расчётная формула

R = ε d , где ε , d , I , B — соответственно э.д.с.

Холла, ширина пластины, ток, текущий через

пластину, магнитное поле, в котором находится пластина.

8. Формула, связывающая постоянную Холла с параметрами носителей заряда в пластине

R = 1 . q, n — соответственно заряд носите- qn

ля и концентрация их в проводнике.

9. Как на протекание эффекта Холла влияет знак носителей заряда?

С изменением знака носителей заряда (путём замены пластины) при прочих равных условиях меняется полярность холловской разности потенциалов.

10. Как зависит концентрация носителей заряда в полупроводниках от температуры?

С ростом температуры концентрация носителей заряда в полупроводниках увеличивается.