- •Предназначены для студентов технических специальностей заочной, ускоренной и дистанционной форм обучения.
- •Содержание
- •Предисловие
- •Вводная лабораторная работа "Определение плотности твердого тела"
- •Приборы и принадлежности: штангенциркуль, микрометр, весы с разновесами, исследуемый образец.
- •I. Измерение физических величин и классификация погрешностей.
- •Величины и единицы измерения в системе си
- •Методы определения численного значения измеряемой величины метод прямых измерений; метод косвенных измерений.
- •Погрешности (ошибки) измерений. Определение погрешностей при прямых измерениях: абсолютных и относительных.
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 5 "Определение основных параметров вращательного движения на примере махового колеса"
- •1. Основные понятия, законы и параметры вращательного движения
- •2. Описание установки. Методика определения параметров вращательного движения
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа №20 "Определение отношения молярных теплоёмкостей молекул воздуха"
- •1. Основные понятия и определения
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 31 "Определение удельного сопротивления проводника"
- •I. Краткая классификация электроизмерительных приборов
- •II. Электрическое сопротивление проводника
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 37 "Исследование мощности и коэффициента полезного действия источника тока"
- •I. Основные понятия и формулы
- •II. Описание экспериментальной установки. Задания
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 40а "Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли"
- •I. Краткое теоретическое введение
- •Контрольные вопросы.
- •Рекомендательный список литературы Основной
- •Дополнительный
- •Полунин Вячеслав Михайлович
Контрольные вопросы.
Напишите формулы закона Ома для замкнутой цепи и для участка цепи.
Напишите формулу для определения полезной мощности источника тока в замкнутой цепи.
При каком условии КПД источника тока окажется максимальным.
Напишите формулу для определения полной мощности в цепи постоянного тока.
Напишите формулы для определения КПД источника тока.
Какое соотношение сопротивлений в цепи соответствует экономически выгодным условиям работы источника тока.
Как изменится КПД, если источник тока заменить другим с меньшим внутренним сопротивлением, но с той же ЭДС.
Лабораторная работа № 40а "Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли"
Цель работы: Определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.
Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник постоянного тока.
I. Краткое теоретическое введение
Основными характеристиками магнитного поля:векторы индукцииВи напряженностиН, связь между которыми для однородной изотропной среды дается выражением:
В=oН, (1)
где 0 - магнитная постоянная, величина которой равна 410-7 Гн/м;
- относительная магнитная проницаемость среды.
Вектор индукции магнитного поля dB, создаваемого в данной точке элементом проводника dℓ с током I, по закону Био-Савара-Лапласа равен:
, (2)
где r – радиус-вектор, проведенный от элемента проводника в рассматриваемую точку;
r - модуль вектора r;
dℓ - вектор, равный элементу проводника dℓ, совпадающий с направлением тока;
I – ток в проводнике.
Модуль вектора dВ:
, (3)
где - угол между векторами dℓ и r.
Индукция магнитного поля B, создаваемого всеми элементами dl проводника с током I (в том числе прямолинейным, круговым током I), в рассматриваемой точке, на основании принципа суперпозиции магнитных полей:
(4)
Индукция магнитного поля на оси кругового проводника (ток в проводнике I – постоянный), радиус которого R, расстояние от центра проводника до рассматриваемой точки А, лежащей на его оси – x (рис. 1):
. (5)
В центре кругового тока (короткой катушки) (x=0):
. (6)
Задание: Определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.
Для выполнения задания берется тангенс-гальванометр (тангенс – гальванометр - короткая катушка, состоящая из N витков, прилегающих достаточно плотно друг к другу, в центре которой помещена легкоподвижная магнитная стрелка – компас. Короткая катушка это такая, у которой длина гораздо меньше радиуса). Плоскость тангенс - гальванометра совмещается с плотностью магнитного меридиана. Если по катушке пропустить ток, то возникает магнитное поле с индукцией Bт, направленное перпендикулярно к ее плоскости.
Следовательно, в точках на оси кругового тока, будут существовать два взаимно перпендикулярных магнитных поля: магнитное поле Земли с индукциейB (с горизонтальной составляющей Вз) и магнитное поле кругового тока с индукцией Вт (рис.2).
Помещая магнитную стрелку (компас) в любую точку на оси катушки с током, можно определить направление равнодействующего вектора В, вдоль которого она устанавливается. Если магнитная стрелка помещается в центре кругового тока, то, как видно из (рис.2),
Вот.=Воз. tg, (7)
где Вот.- индукция магнитного поля в центре кругового тока;
Воз – горизонтальная составляющая индукции магнитного поля Земли;
- угол, на который отклонится магнитная стрелка от своего первоначального положения.
Имеем:
откуда
(8)
Электрическая схема установки изображена на рис. 3. Здесь - источник постоянного тока; R – реостат; mA - миллиамперметр; K - переключатель, с помощью которого можно изменить направление тока в катушке; Т-Г – тангенс-гальванометр.
Порядок выполнения задания:
1. Собирают схему по рис. 3.
2. Измеряют диаметр катушки; определяют ее радиус R.
3. Определяют число витков катушки N.
4. Устанавливают магнитную стрелку (компас) в центре тангенс-гальванометра. Поворачивают подставку, добиваются такого состояния, при котором плоскость катушки совпадает с плоскостью магнитного меридиана. При отсутствии тока магнитная стрелка устанавливается в плоскости магнитного меридиана. При этом, направление стрелки (N – S) должно совпадать с нулевым значением шкалы компаса.
5. Замыкают ключ К. Движком реостата изменяют ток в цепи до тех пор, пока стрелка не установится на определенный заданный угол 1. Показание миллиамперметра I1 записывают в таблицу.
6. Переводят переключатель К в другое положение. В этом случае изменяется направление тока в проводнике, а, следовательно, и направление индукции магнитного поля кругового тока. Движком реостата изменяют ток в цепи до тех пор, пока стрелка вновь не установится на заданный угол 1. Значение тока I2 записывают в таблицу (при хорошем совпадении плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана различие между I1 и I2 будет незначительным).
7. Вычислив среднее значение тока Iср.=(I1+I2)/2, подставляя его в формулу(8), определяют горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли. Эксперимент проводят для различных заданных значений угла , например, трех.
8. Вычисляют абсолютную и относительную погрешности.
Таблица.
№ п.п. |
N |
R, м |
α, градусы |
I 10-3 А |
Bоз10-6 Тл |
Bоз 10-6, Тл |
Bоз 10-6, Тл |
| |
1 |
|
|
30 |
I1 |
|
|
|
|
|
I2 |
| ||||||||
I |
| ||||||||
2 |
45 |
I1 |
|
| |||||
I2 |
| ||||||||
I |
| ||||||||
3 |
60 |
I1 |
|
| |||||
I2 |
| ||||||||
I |
|