
- •1. Види вимірювань. Похибки.
- •2. Обробка результатів прямих та непрямих вимірювань
- •Механіка Лабораторна робота №1.1 Вивчення кінематики і динаміки поступального руху на машині Атвуда
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота №1.2 Визначення моменту інерції твердих тіл за допомогою крутильних коливань
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №1.3 Визначення моменту інерції маятника Максвела
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота №1.4 Вивчення центрального удару тіл
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №1.5 Визначення моменту інерції маятника Обербека
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №1.6 Визначення модуля Юнга за прогином стержня
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Молекулярна фізика і термодинаміка Лабораторна робота № 2.1 Визначення в’язкості рідини методом Стокса
- •Теоретичні відомості і опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №2.2 Визначення в’язкості повітря капілярним методом
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.3 Визначення відношення теплоємностей повітря методом адіабатичного розширення
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки та виведення робочої формули
- •Хід роботи.
- •Завдання 2.
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.4 Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом відриву кільця
- •Теоретичні відомості
- •Х Рис 2 ід роботи
- •Контрольні запитання
- •Електростатика. Постійний електричний струм Лабораторна робота № 3.1 Визначення електроємності конденсатора балістичним гальванометром
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.2 Визначення опору провідників за допомогою містка Уітстона
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.3 Визначення електрорушійної сили джерела методом компенсації
- •Теоретичні відомості
- •Виведення робочої формули
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.4 Вивчення залежності опору металів від температури
- •Теоретичні відомості .
- •Х Рис.1 ід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.5 Вивчення вакуумного діода і визначення питомого заряду електрона
- •Теоретичні відомості .
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
Х Рис.1 ід роботи
1. До клем омметра під’єднати досліджуваний провідник, розміщений у термостаті (рис.1).
2. Перемикач “помножити” встановити в те положення, при якому точність вимірювання опору буде максимальною.
3. Виміряти опір досліджуваного провідника при кімнатній температурі.
4.Ввімкнути нагрівник термостата і через кожні 5С вимірювати опір провідника. Вимірювання проводити до температури 80-90С. Дані вимірювання записати в таблицю.
5. Побудувати графік
залежності опору провідника від
температури
.
6. На графіку вибрати прямолінійну ділянку і для кількох пар точок, достатньо віддалених одна від одної, що лежать на цій прямій, обчислити за формулою (5) значення . Обчислених значень повинно бути не менше п’яти.
7. Знайти середнє
значення
.
8. Середню абсолютну похибку в цій роботі рекомендується розрахувати за спрощеною схемою, методом середнього (за вказівкою викладача).
Таблиці вимірювань
Таблиця 1
№з/п |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
t,C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 2
№ з/п |
Температурний
інтервал
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ср. |
|
|
|
Контрольні запитання
1. Пояснити природу електричного опору у провідниках першого і другого роду.
2. Пояснити залежність опору провідника від температури при низьких і високих температурах.
3. Записати формулу залежності опору провідника від температури.
4. Яку величину називають температурним коефіцієнтом опору? Яка його одиниця?
5. В чому полягає явище надпровідності?
Лабораторна робота № 3.5 Вивчення вакуумного діода і визначення питомого заряду електрона
Мета роботи: 1) побудувати вольт-амперні характеристики вакуумного діода; 2) визначити питомий заряд електрона.
Теоретичні відомості .
(Теорія до даної роботи описана в конспекті лекцій §3.17)
Відомо, що в металах є електрони провідності, які утворюють своєрідний електронний газ. Вони приймають участь у тепловому русі і утримуються всередині зразка силами електричного походження. Щоб вивести електрон за межі металу, потрібно виконати проти цих сил роботу, яку називають роботою виходу електрона з металу. Для різних металів вона має різні значення.
Оскільки електрон має електричний заряд, то існування роботи виходу показує, що в поверхневому шарі металу існує електричне поле. При переході через поверхневий шар металу потенціал поля змінюється на деяку величину , що називається потенціалом виходу. Між роботою виходу і потенціалом виходу існує очевидний зв’язок
, (1)
де е – модуль заряду електрона (елементарний заряд).
Р
Рис.1
Електрон може вилетіти з металу, якщо його кінетична енергія
. (2)
Я
Рис.2
Внаслідок розподілу електронів по енергіях в металі завжди є деяка кількість електронів, для яких виконується умова (2). При підвищенні температури металу кількість таких електронів різко зростає і емісія стає помітною.
Я
Рис.3
.
До електродів діода прикладена напруга
від випрямляча В. Величину анодної
напруги
можна змінювати за допомогою потенціометра
П і вимірювати вольтметром
.
Мікроамперметр призначений для
вимірювання сили анодного струму
.
Величина анодного струму залежить від
температури катода і анодної напруги.
Графік залежності
сили анодного струму
від
анодної напруги при постійному струмі
розжарення
називається вольт-амперною характеристикою
лампи. На рис.3 зображено три вольт-амперні
характеристики вакуумного діода, що
відповідають різним температурам
розжарення катода. З рис.3 видно, що коли
потенціал анода дорівнює нулю, сила
струму через діод дуже мала. При збільшенні
додатнього потенціалу анода і незмінній
температурі катода сила анодного струму
зростає згідно з кривою 0-1. При подальшому
збільшенні анодної напруги сила анодного
струму досягає деякого максимального
значення
,
що називається струмом насичення діода,
і майже перестає залежати від анодної
напруги (див. криву 1-4 на рис.3). При
збільшенні температури катода
характеристика зображається кривими
0125, 01236 і т.д. Струми насичення з підвищенням
температури катода швидко зростають.
Збільшується також і анодна напруга
,
при якій встановлюється струм насичення.
З рис.3 видно, що анодний струм залежить
від анодної напруги нелінійно, тобто у
вакуумі непридатний закон Ома.
Описана залежність сили струму у вакуумі від напруги пояснюється тим, що внаслідок явища термоелектронної емісії навколо катода утворюється просторовий заряд з електронів (електронна хмаринка). Якщо різниця потенціалів між катодом і анодом дорівнює нулю, кожний з електронів, який вилетів з катода, через деякий час знову повертається на катод внаслідок дії сил притягання. В цьому випадку між катодом і електронною хмаринкою встановлюється динамічна рівновага, при якій кількість електронів, що вилітають за одиницю часу з катода, дорівнює кількості електронів, що повертаються назад.
При наявності невеликої різниці потенціалів частина електронів з електронної хмаринки досягає анода і в колі виникає анодний струм. В результаті цього заряд електронної хмаринки зменшується і зменшується кількість електронів, які повертаються з електронної хмаринки на катод. При зростанні різниці потенціалів між катодом і анодом, анодний струм буде збільшуватися, а заряд електронної хмаринки і кількість електронів, які повертаються на катод, зменшуватися. Коли анодна напруга стає настільки великою, що всі електрони, які випускаються катодом за одиницю часу, доходять до анода, електронна хмаринка зникає, сила струму досягає максимального значення і перестає залежати від анодної напруги.
С.Богуславський та І.Ленгмюр незалежно один від одного показали, що залежність сили струму у вакуумі від напруги має вид
, (3)
де – коефіцієнт, який залежить від форми, розміщення і розмірів електродів лампи та від маси і заряду електрона. Формула (3) є рівнянням кривої 0123 (див. рис.3). Вона називається законом Богуславського-Ленгмюра або “законом 3/2”.
Для діода з коаксіальними циліндричними електродами
, (4)
де
– коефіцієнт, який залежить від розмірів
електродів,
– питомий заряд електрона. Для лампи
1Ц11П, що застосовується в даній роботі,
значення коефіцієнта
визначено експериментально (відоме).
З формули (4) при заданому і попередньо обчисленому за допомогою (3) можна визначити :
. (5)
Слід зауважити, що закон Богуславського-Ленгмюра справедливий при виконанні певних умов.
1. Анодний струм повинен бути далеким від насичення.
2. Найменше значення
анодної напруги
не повинно бути дуже малим, щоб не
проявлявся вплив контактної різниці
потенціалів між катодом і анодом, яка
не врахована у формулі (3), та вплив
можливої нееквіпотенціальності катода.
Друга умова виконується для досліджуваного діода, якщо мінімальне значення анодної напруги становить 3-4 вольти.