Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рис.3. Источник постоянного напряжения – встроенный в макет. Величина резистора R равна 51 кОм. При подключении конденсатора необходимо учитывать полярность.

2. После проверки правильности схемы, включите генератор и установите ток через резистор равным 100-150 мкА.

3. Получите зависимость тока I от времени, снимая показания микроамперметра через равные промежутки времени 5-10с. Измерения I(t) повторите три раза. Результаты измерений занесите в таблицу.

№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t, с	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
I,А
,А
I, А
	0

4. Измерьте время, за которое значение силы тока в цепи при разрядке конденсатора уменьшается в три раза. Измерения повторите 3-4 раза.

5. По результатам измерений п.3 постройте график зависимости I(t) и по графику оцените начальный заряд конденсатора. Оцените ёмкость конденсатора по формуле (1).

6. Постройте график зависимости от времени t. Убедитесь, что в пределах точности измерений, экспериментальные точки ложатся на прямую.

7. Усредните измерения п.4. Рассчитайте ёмкость конденсатора по формуле (6) и оцените погрешность.

8. Сопоставьте полученные Вами значения ёмкости C.

Контрольные вопросы

1. Что называют конденсатором? Выведите формулу ёмкости плоского конденсатора.

2. Выведите формулы (5) и (7).

3. Оцените, какое тепло выделяется в цепи при разрядке конденсатора в Вашем эксперименте.

4. Выведите формулу ёмкости сферического конденсатора.

Литература

И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М. “Наука”, 1988 г. §§21-23.

Работа №5. Изучение магнитного поля

Цель работы: Изучение параметров магнитного поля, освоение методов измерения магнитных полей.

Краткая теория

О

Рис.1.

сновной силовой характеристикой магнитного поля (аналог напряженности электростатического поля) является магнитная индукция. Согласно закону Био-Савара-Лапласа индукция магнитного поля от элемента тока (играет роль точечного заряда в электростатике) выражается в системе СИ следующим образом:

(1)

где _o = 4^.10^-7 Гн/м - магнитная постоянная, i - величина тока, - вектор, направленный от элемента тока в точку, в которой определяется индукция (см. рисунок),  - магнитная проницаемость среды (в вакууме  = 1, воздухе   1), [ ] – символ векторного произведения. Направление индукции магнитного поля (на рисунке “от нас”) можно также связывать с направлением элемента тока правилом правого буравчика.

Закон (1), дополненный принципом суперпозиции магнитных полей от нескольких токов, позволяет вычислять индукцию поля токов различной конфигурации. Так индукция на оси кругового тока в соответствии с правилом буравчика направлена вдоль оси контура и на расстоянии x от плоскости, в которой лежит контур с током равна:

(2)

где R - радиус контура, i - ток в контуре. (Из (2) определите величину индукции в центре витка?)

На расстоянии а от бесконечного прямого тока В = ₀ i/(2а).

Магнитным полем обладают также многие астрофизические объекты. С древних времен действие магнитного поля Земли на магнитную стрелку использовалось для определения стран света. Наряду с атмосферой магнитное поле Земли защищает нас от губительного действия ионизирующего космического излучения (радиационные пояса).

В любой точке на поверхности Земли и в окружающем ее пространстве обнаруживается действие магнитных сил. При этом, строго говоря, магнитная стрелка указывает не на географические, а на магнитные полюса Земли, отстоящие от географических на расстоянии более тысячи километров. Направление магнитных силовых линий Земли определяют с помощью магнитной стрелки, имеющей 2 степени свободы и неподвижный центр тяжести, поскольку в этом случае магнитные силы располагают магнитную стрелку в направлении касательной к силовой линии. Угол между силовой линией и линией горизонта называется магнитным наклонением. Плоскость, соприкасающаяся с силовой линией в данной точке, называется плоскостью магнитного меридиана. Двугранный угол между плоскостями магнитного и географического меридианов называется магнитным склонением. Таким образом, для полного задания вектора индукции магнитного поля Земли в данной точке требуется указать его модуль, а также углы магнитного наклонения и магнитного склонения. Вектор можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие. Тогда магнитная стрелка с закрепленной вертикально осью вращения (с одной степенью свободы) будет подвергаться действию только горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля _г. В настоящей работе магнитное поле различных объектов измеряется относительным методом посредством сопоставления его величины с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.