52

Сумський державний педагогічний університет

ім. А.С.Макаренка

доц. Стадник О.Д.

Інструкції до лабораторних робіт курсу загальної фізики „Електрика і магнетизм”

Суми - 2007

Зміст

ТЕМА: Вивчення електронного осцилографа. 4

ТЕМА: Вимірювання ємності конденсатора та обчислення відносної діелектричної проникності речовини 10

ТЕМА: Вивчення вакуумного діода і експериментального визначення роботи виходу електрона з металу 12

ТЕМА: Визначення е.р.с. джерела струму методом компенсації і розрахунок к.к.д. джерела 17

ТЕМА: Вивчення роботи напівпровідникового діода 22

ТЕМА: Експериментальна перевірка законів Фарадея для електролізу 26

ТЕМА: Визначення індуктивності котушки методом 3-х вольтметрів 30

ТЕМА: Визначення затухаючих коливань за допомогою осцилографа 33

ТЕМА: Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі 37

ТЕМА: Вивчення явища гістерезису феромагнетиків за допомогою осцилографа 40

ТЕМА: Складання генератора незатухаючих коливань і перевірка формули Томсона 46

ТЕМА: Вивчення залежності індуктивності котушки від геометричних параметрів та магнітних властивостей середовища 50

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ТЕМА: Вивчення електронного осцилографа.

Мета роботи: Ознайомитися з основними принципами побудови осцилографа, з основними вузлами електронного осцилографа, з основними режимами роботи осцилографа, з методикою управління приладом.

Прилади та матеріали: Електронний осцилограф, джерело синусоїдальної напруги 50 Гц (випрямляч В-24), звуковий генератор ГЗ-33, з'єднувальні проводи.

Теоретичні відомості.

§ 1. Будова осцилографа.

Основою електронного осцилографа є електронно-променева трубка. Це електровакуумний прилад, що складається із скляної колби та системи електродів. В колбі створений і підтримується вакуум, достатній для забезпечення довжини вільного пробігу електронів більшої, ніж найбільший з розмірів колби.

Розглянемо коротко взаємодію основних деталей трубки, користуючись схемою мал. 1.

З катода, розжареного нагрівачем П, випромінюється електронна хмара, яка знаходиться в просторі між катодом К та модулятором М, оскільки модулятор має потенціал нижчий, ніж у катода, лише невелика кількість вилітаючих із катоду електронів може пройти через отвір у модуляторі. Змінюючи потенціал модулятора, потенціометром R₁ ("яскравість"), ми можемо змінити кількість електронів, тобто струм пучка і яскравість світлової плями на люмінофорі Л.

Електрони, що пройшли через модулятор, прискорюються електричним полем між модулятором та першим анодом А₁.

Прискорений пучок електронів є розгалуженим, а для формування на екрані плями невеликої за розміром, пучок повинен бути зібраний, тобто сфокусований. Роль збираючої лінзи для електронів виконує простір між першим (А₁) та другим (А₂) анодами. Поверхні анодів, обернені одна до одної, зібрані таким чином, що електричне поле між ними має силові лінії, які розходяться від осі трубки. Так на електрон, що відійшов від осі, діє сила, яка прискорює його рух і напрямлена до осі. Змінюючи потенціал другого аноду відносно першого потенціометром R₃ ("фокус"), ми змінюємо величину електричного поля між анодами, тобто "оптичну силу" збираючої електростатичної лінзи, домагаючись мінімального розміру плями на екрані.

Сфокусований пучок пролітає між вертикально відхиляючими пластинами У та горизонтально відхиляючими X. Електричним полем цих пластин промінь може бути переміщений в будь-яке місце екрану а також і за його межі.

При попаданні на люмінесцентний екран Л, виготовлений із суміші сірнистого цинку та сірнистого кадмію, електронний промінь викликає засвічення екрану (основний ефект), його нагрівання, зарядку електронами та вторинну електронну емісію (побічні ефекти).

Завдяки нагріванню, не можна на довгий час залишати інтенсивний електронний пучок нерухомим. Інакше можливе прогорання люмінофору екрану.

Для усунення зарядки люмінофору, його з середини покривають тонким шаром алюмінію.

Вторинна електронна емісія приводить до створення електронної хмари поряд з екраном, що розфіксує пучок та гальмує його. Для усунення цього явища внутрішню поверхню трубки покривають шаром провідника (графітом) (А₃), який приєднують до джерела високої напруги (ДВН).

Таким чином, для роботи трубки необхідні: джерело високої напруги аноди, модулятор та джерело для нагрівання катоду.

Для управління пучком електронів потрібно ще декілька блоків Розглянемо їх взаємодію по блок-схемі (мал.2).

Для ефективної роботи відхиляючих пластин, на них необхідно подати напругу в декілька пластин, на них необхідно надати напругу в декілька сотень вольт. А досліджувані напруги складають долі вольт, тому необхідно сигнал підсилити. Таке підсилення виконується відповідними підсилювачами "Підспл.У” та "Підсил.Х", які керуються ручками "підсилення У" та "підсилення X". Для розширення діапазону досліджуваних напруг на вході підсилювача У є ступінчатий дільник Д_1. Дільник керується ручкою "посилення" або перестановкою штекера в відповідне гніздо. Регулюючи підсилення досягають розміру променя приблизно на 1/2... 1/3 діаметри екрану

Часто досліджуваний сигнал подають на вхід "У" і одержують його розгортку в часі на екрані. Для цього підсилювач "X" з допомогою ключа П₂ вмикають до генератора пилообразної напруги Г. Генератор керується ручками "частота" і "частота плавно".

Для одержання нерухомої картини на екрані осцилографа потрібно щоб частоти досліджуваного сигналу та частота генератора пилообразної напруги строго співпадали або були кратними. Незалежними генераторами цього досягти дуже важко, тому до складу осцилографа обов'язково входить пристрій синхронізації, який дозволяє в невеликих межах керувати частотою генератора пилообразної напруги (розгортки) за допомогою досліджуваного або іншого сигналу.

Пристрій синхронізації керується двома ручками: 1) "синхронізація" (ключ П₁), за допомогою якого вибирають необхідне джерело сигналу синхронізації; 2) "амплітуда синхронізації", з допомогою якої встановлюють мінімальну, необхідну для одержання стійкого зображення амплітуду сигналу синхронізації.

Всі вищеназвані блоки одержують енергію від загального блоку живлення. Високовольтний випрямляч також зібраний окремим блоком і одержує енергію від БЖ.