05032013_3225 / РАБ.№9-2
.docМИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ»
Кафедра физики
Лаборатория электричества и магнетизма №2(114)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ПО СПОСОБУ ЛЕХЕРА
Отредактировал: доцент Русских И.Т.
Ижевск 2013
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ПО СПОСОБУ ЛЕХЕРА
Приборы и принадлежности: 1) установка Лехера, 2) генератор ультравысокой частоты, 3) мостик с микроамперметром, 4) выпрямитель.
Цель работы: ознакомиться с работой генератора ультравысоких частот, определить длину электромагнитной волны.
Е
Л
λ/2
П
Л – линия Лехера, П – передвижной мостик с микроамперметром, Г – генератор УВЧ.
Установка Лехера представляет собой две параллельные проволоки малого сопротивления (рис.1). Длина проволоки должна быть значительно больше, а расстояние между ними значительно меньше длины электромагнитной волны. С одной стороны проволоки заканчиваются кольцом М, с помощью которого осуществляется индукционная связь этой системы с генератором ультравысоких частот Г. Другие концы проволок закрепляются на стенде с помощью роликов, обеспечивающих хорошую изоляцию.
Э
Рис. 2
Если установка Лехера индуктивно связана с генератором простых синусоидальных колебаний, то в ней возникает также синусоидальные колебания, которые будут распространяться со скоростью света, причём основная часть энергии колебаний будет концентрироваться в непосредственной близости от проводов. В результате этого вдоль проводов образуются бегущие электромагнитные волны. Эти волны отражаются от изолированных концов проволок и вследствие интерференции бегущих и отражённых волн возникают стоячие волны.
Как и в механических колебаниях, расстояние между двумя соседними пучками или узлами в стоячей волне равняется половине длины бегущей электромагнитной волны.
Бегущие и стоячие электромагнитные волны имеют одно существенное различие. В бегущей волне места с более сильным электрическим полем совпадают с местами наиболее сильного магнитного поля (рис.2). Это объясняется тем, что магнитное поле сильнее всего в тех местах, где наибольшая сила тока, а так как в рассматриваемом случае заряды движутся в данном направлении с одной и той же скоростью, то наибольшая сила тока будет в тех местах, где больше всего зарядов, т.е. там, где наиболее сильное электрическое поле.
В стоячих электромагнитных волнах наблюдается обратное явление: пучности электрического поля соответствуют узлам магнитного поля (рис.3).
Рис.3. Стоячая электромагнитная волна
Это получается потому, что в том, случае, когда наблюдаются стоячие волны, заряды равны по величине, движутся с одинаковой скоростью в противоположных направлениях и в местах с наибольшим зарядом, а следовательно, наибольшим электрическим полем, сила тока оказывается минимальной, что соответствует минимуму магнитного поля.
На практике длину стоячих волн определяют непосредственным измерением расстояния между пучностями электрического или магнитного полей с помощью микроамперметра. Пучность электрического поля обнаруживают с помощью микроамперметра, укреплённого на мостике между проводниками установки Лехера.
Задача настоящей работы состоит в том, чтобы определить длину волны, изучаемой генератором ультравысоких частот (УВЧ).
Генератор УВЧ – ламповый генератор, дающий затухающие колебания с частотами от З0 до З00 млн. герц. Простейшая схема такого генератора изображена на рис.4. Принцип действия этой схемы следующий: при замыкании ключа К возникает анодный ток, который заряжает конденсатор С колебательного контура LС. В контуре начинаются свободные затухающие колебания. Переменный ток, проходящий через катушку L, индуцирует переменное напряжение в сеточной катушке Lc. Это напряжение подаётся на сетку лампы, заряжая ее то положительно, то отрицательно в соответствие с частотой собственных колебаний контура LC. Когда сетка заряжена положительно, анодный ток возрастает, когда же сетка начинает заряжаться отрицательно, анодный ток уменьшается и доходит до нуля. Таким образом, анодный ток изменяется с колебаниями в контуре LC. В конце каждого периода заряд конденсатора возобновляется от источника анодного тока; колебания продолжаются неопределённо долгое время пока работают лампы и источник анодного тока. Таким образом, за счет энергии, подводимой от источника анодного тока, в контуре поддерживаются незатухающие колебания. При этом контур излучает электромагнитные волны с периодом: .
Длина волны связана с Т и С контура следующей зависимостью:
N
г
Рис. 5
Передвижной мостик (рис.6) представляет собой дугу, индуктивно связанную с линией Лexера. К концам дуги присоединён микроамперметр. Для удобства передвижения мостик снабжён ручкой.
Рис.6. Передвижной мостик
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
-
Установка в данной работе даётся в собранном виде. Необходимо только включить выпрямитель и дать некоторое время прогреться лампам генератора.
-
Передвигая мостик по параллельным проводам к противоположной стене лаборатории, найти положение (не менее 5-6) наибольшего тока микроамперметра.
-
Расстояние между двумя соседними такими положениями будет равно длине стоячей волны . Узнав длину стоячей волны, определить длину волны, излучаемой генератором, принимая во внимание, что . Полученные значения длины волны занести в таблицу. Определение производят несколько раз и находят среднее значение . Ответ получить в виде: (единицы измерения).
Таблица
№ опыта |
м |
м |
м2 |
Данные и результат |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
n(n-1)= |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
-
Что представляет собой электромагнитная волна и как её можно изобразить графически?
-
Чем отличается бегущая электромагнитная волна от стоячей?
-
Расскажите устройство установки Лехера и принцип определения с помощью этой установки длины электромагнитной волны.
ЛИТЕРАТУРА.
-
Зисман Г.А., Тодес О.И. "Курс обшей физики" т.2, §53.
-
Савельев И.В. "Курс общей физики" т.2, §111.
Приложение
ПОРЯДОК И ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Провести многократное измерение величины X несколько раз и результаты занести в таблицу 1 (Хi, где i =1, 2, .n, где n- число измерений).
2. Найти средне арифметическое значение <Х> = (Х1+ Х2+..+ Хn)/n и записать в таблицу 1.
3. Найти модули разности |Хi - <Х>| = DХi для каждого измерения и занести их в таблицу 1.
4. Вычислить квадраты абсолютных погрешностей (DХi)2, результаты записать в таблицу 1.
5. Вычислить сумму квадратов Sх = (DХ1)2 +..+ (DХn)2 ,а затем и средне квадратичную погрешность результатов измерений: .
6. По таблице 2 с учётом заданной преподавателем надежности α и числа измерений n определить коэффициент Стьюдента tna..
7. Вычислить абсолютную погрешность результата измерений: DХр = tna×Sn.
8. Полная абсолютная погрешность результата измерений
2) если , то ;
3) если , то .
9. Вычислить относительную погрешность измерений , все результаты занести в таблицу 1..
10. Окончательный результат округлить и записать в форме: Х = (<Х> ± DХ) ед. измерения.
Пример. Ответ: плотность цилиндра r = (7,82 ± 0,05)×103 кг/м3.
-
Погрешности косвенных измерений определяются по формуле:
Если то или в частных случаях:
Таблица 1 Таблица 2. Коэффициенты Стьюдента
n |
0.5 |
0.7 |
0.9 |
0.95 |
0.99 |
2 |
1,0 |
2,0 |
6,3 |
12,7 |
63,7 |
3 |
0,82 |
1,3 |
2,9 |
4,3 |
9,9 |
4 |
0,77 |
1,3 |
2,4 |
3,2 |
5,8 |
5 |
0,74 |
1,2 |
2,1 |
2,8 |
4,6 |
6 |
0,73 |
1,2 |
2,0 |
2,6 |
4,0 |
10 |
0,70 |
1,1 |
1,8 |
2,3 |
3,3 |
-
№
Хi
DХi
(DХi)2
Данные и
результат
1
Х1
DХ1
(DХ1)2
2
Х2
DХ2
(DХ2)2
3
Х3
DХ3
(DХ3)2
…
…
….
…..
n
Xn
DХn
(DХn)2
<An>
DХр
Snx