
- •Электричество и магнетизм
- •Составители
- •Правила техники безопасности
- •1.1. Цель работы
- •1.2. Теоретическое введение
- •1.3. Описание экспериментальной установки.
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Теоретическое введение
- •2.3. Описание экспериментальной установки
- •2.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •3.1. Цель работы
- •3.2. Теоретическое введение
- •3.2.2. Магнитное поле Земли.
- •3.3. Описание экспериментальной установки
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •4.1. Цель работы
- •4.2. Теоретическое введение
- •4.3. Описание экспериментальной установки
- •4.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •5.1. Цель работы
- •5.2. Теоретическое введение
- •5.3. Описание экспериментальной установки
- •5.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •6.1. Цель работы
- •6.2. Теоретическое введение
- •6.2.1. Дифференциальное уравнение вынужденных электрических колебаний.
- •6.2.2. Частные случаи решения дифференциального уравнения.
- •6.2.3. Векторная диаграмма тока и напряжений амплитудных значений. Закон Ома для цепи переменного тока.
- •6.2.4. Явление резонанса напряжений.
- •6.3. Описание экспериментальной установки.
- •6.4. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
- •Рекомендуемая литература.
- •Справочные сведения Фундаментальные физические постоянные
- •Греческий алфавит
- •Множители и приставки си для десятичных кратных и дельных единиц
- •Удельное сопротивление ρ, 10-8 Ом·м проводников (при 20°с)
Контрольные вопросы
Понятие электрического тока. Постоянный электрический ток. Сила тока и плотность тока.
Что называется напряжением? Записать и объяснить закон Ома для однородного участка электрической цепи.
Электрическое сопротивление? Единица сопротивления 1 Ом.
Мост Уитстона (схема моста и условие его баланса)
Используя закон Ома, получить условие баланса моста Уитстона.
Вывести формулу сопротивления параллельно соединенных резисторов.
Вывести формулу сопротивления последовательно соединенных резисторов.
Получить формулу относительной ошибки при измерении сопротивления с помощью моста Уитстона.
Примеры контрольных задач по теории лабораторной работы
Задача 1. Напряжение на шинах электростанции 6600 В. Потребитель находится на расстоянии 10 км. Какой площади поперечного сечения надо взять алюминиевый провод для устройства двухпроводной линии передачи, если сила тока в линии 20 А и падение напряжения в проводах составляет 3 %?
Задача 2. Три резистора соединены по схеме, изображенной на рис. 9. Если цепь подключена в точках a и b, то сопротивление цепи будет 20 Ом, а если в точках a и c, то сопротивление цепи будет 15 Ом. Найти сопротивления резисторов R1, R2 и R3, если R1 = 2R2.
Задача 3. К проволочному кольцу в двух точках присоединены проводящие ток провода. В каком отношении делят точки присоединения длину окружности кольца, если общее сопротивление получившейся цепи в 4,5 раза меньше сопротивления проволоки, из которой сделано кольцо?
Рис.9
Задача 4. В цепь, состоящую из батареи и резистора сопротивлением 8 Ом, включают вольтметр, сопротивление которого 800 Ом, один раз последовательно резистору, другой раз – параллельно. Определить внутреннее сопротивление батареи, если показания вольтметра в обоих случаях одинаковы.
Лабораторная работа №3
Магнитное поле Земли
3.1. Цель работы
Ознакомление с характеристиками магнитного поля, структурой и характеристиками магнитного поля Земли, катушки Гельмгольца, с принципом суперпозиции магнитных полей. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
3.2. Теоретическое введение
3.2.1. Магнитное поле. Магнитная индукция. Суперпозиция магнитных полей.
В 1820 г. датский физик Эрстед впервые обнаружил связь между магнитными и электрическими явлениями. Если поместить магнитную стрелку, расположенную на острие вблизи проводника, то при пропускании тока по проводнику стрелка поворачивается.
Ф
ранцузский
ученый Ампер показал, что не только
электрический ток действует на магнитную
стрелку, но и проводник с током приходит
в движение под действием магнита. На
рис.1 показан проводник АВ, помещенный
между полюсами подковообразного магнита.
При наличии электрического тока в
проводнике АВ он приходит в движение
так, как показано на рис.1.
Рис.1
Кроме того, Ампер установил закон взаимодействия проводников с током: два параллельных проводника с током взаимно притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкиваются, если токи в них направлены в противоположные стороны.
Ампер и взаимодействие постоянных магнитов объяснил взаимодействием элементарных токов.
Таким образом, магнитное поле всегда связано с электрическим током, т.е. с движением электрических зарядов. Магнитное поле оказывает механическое воздействие только на движущиеся заряды.
Для исследования магнитного поля роль пробного электрического заряда (при изучении электрического поля) выполняет прямолинейный отрезок проводника Δl, по которому течет ток силой I (элемент тока).
Результаты многочисленных опытов позволяют сформулировать следующие закономерности:
1. Сила, действующая на такой проводник со стороны магнитного поля, пропорциональна силе тока в проводнике и его размеру, т.е. ΔF~IΔl;
2. Направление этой силы всегда перпендикулярно элементу тока;
3. Величина силы ΔF зависит от ориентации элемента тока в магнитном поле;
4. Отношение максимальной силы, действующей на элемент тока в магнитном поле, к силе тока J в элементе и к размеру элемента является для данной точки поля постоянным, т.е.
.
Величина этой постоянной определяет силовую характеристику магнитного поля, называемую магнитной индукцией.
Итак, магнитная индукция магнитного поля есть сила, действующая на элемент тока величиной 1 А⋅м.
(1)
Магнитная
индукция – величина векторная. За
направление магнитной индукции
в данной точке пространства, занятого
магнитным полем, принимается направление,
в котором устанавливается северный
полюс магнитной стрелки, помещенной в
эту точку поля. Вектор
– аналог вектора
,
характеризующего электрическое поле.
Основная единица магнитной индукции – 1 Тл (тесла) – магнитная индукция такого поля, при помещение в которое элемента тока в 1 А⋅м на него действует сила в 1 Н, т.е.
При
произвольном положении элемента тока
в магнитном поле
Или в векторном виде
(2)
Формула (2) носит название закона Ампера.
Направление
силы Ампера удобно определять с помощью
правила левой руки. Если ладонь левой
руки расположить так, чтобы в нее входил
вектор
,
а четыре вытянутых пальца – по направлению
тока в проводнике, то отогнутый большой
палец покажет направление илы, действующей
на проводник с током (рис.2).
Ч
асто
приходится определять магнитную индукцию
вблизи нескольких проводников с токами.
Пусть имеются три контура, содержащие
источники тока (рис.3). Замкнем цепь
контура 1 и и измерим магнитную индукцию
в некоторой точке А, расположенной
вблизи этих контуров. После этого,
разомкнув цепь контура 1, замкнем цепь
контура 2 и снова измерим магнитную
индукцию
в той же точке. Затем, разомкнув цепь
контура 2, сделаем измерение магнитной
индукции
при замкнутом контуре 3. Получим, таким
образом, три значения магнитной индукции
,
и
в точке А, каждое из которых характеризует
магнитное поле, связанное с определенным
контуром.
Рис.3
Далее замкнем все три контура одновременно и измерим в той же точке А.
Сопоставим все четыре значения магнитной индукции и увидим, что результат измерения представляет собой геометрическую сумму векторов , и , т.е.
(3).
Такое же заключение будет получено, если опыт проделать с любым числом n проводников (контуров) с токами. Следовательно:
(4).
Соотношение (4) известно как принцип суперпозиции магнитных полей, используемый при решении практических задач.
Для наглядного изображения магнитного поля (или поля вектора ) удобно пользоваться магнитными силовыми линиями.
Магнитной силовой линией или линией вектора , называется линия, касательная к которой в каждой точке дает направление вектора .
Линии
вектора
являются всегда замкнутыми (в отличие
от линий вектора
,
характеризующего электрическое поле
статических электрических зарядов) и
при этом охватывают электрические токи.
В случае постоянных магнитов они
охватывают те молекулярные токи, которые
по гипотезе Ампера, обтекают поверхность
магнита.
Например, магнитные силовые линии, окружающие прямой достаточно длинный проводник с током, образуют в каждой плоскости, перпендикулярной к проводнику, систему концентрических окружностей (рис. 4). Их направление соответствует направлению вращения рукоятки буравчика с правой нарезкой, если его поступательное движение совпадает с направлением тока в проводнике (правило буравчика).
Рис. 4.