Laboratorní práce č. 6

MĚŘENÍ BALISTICKÝM GALVANOMETREM

Část I

STANOVENÍ KAPACITY KONDENZÁTORU
BALISTICKÁ METODA

CÍL PRÁCE:

1. Získat praktické dovednosti při práci s balistickým galvanometrem. Zvládnout techniku ​​kalibrace galvanometru.
2. Osvojit si metodu stanovení kapacity kondenzátoru pomocí balistického galvanometru.

NÁSTROJE:

1. Galvanometr M 17/11 1 .
2. Sada kondenzátorů.
3. Klíče.
4. IET stabilizovaný zdroj napětí.

5. Voltmetr.

Měření kapacity kondenzátoru může být provedeno několika zásadně odlišnými způsoby.

V této práci je měření kapacit založeno na vztahu mezi nábojem kondenzátoru, jeho kapacitou C a rozdílem potenciálů ... Pro dva kondenzátory nabité na stejný potenciálový rozdíl dostaneme poměr:

Pokud tedy hodnota C 1 je známo, pak definováním q 1 a q 2 , můžete vypočítat neznámou kapacitu C 2 ... Tato metoda měření relativní kapacity je základem této laboratorní práce. Nejkritičtější částí problému je měření množství náboje q nebo porovnání nábojů dvou kondenzátorů. V této práci je srovnání nábojů dvou kondenzátorů provedeno balistickou metodou, jejíž studiu je věnováno ústřední místo.

TEORIE BALISTICKÉHO GALVANOMETRU

Galvanometr určený k měření malého množství elektřiny protékající obvodem po dobu, která je malá ve srovnání s periodou přirozené oscilace rámu galvanometru, se nazývá balistický. Jedná se o speciální druh galvanometru pro magnetoelektrický systém. Balistický galvanometr se od konvenčního zrcadlového obrazu liší velkým momentem setrvačnosti pohybujícího se systému. Zvýšení momentu setrvačnosti mobilního systému vede ke zvýšení jeho vlastní periody jeho oscilací. Krátkodobý proud uděluje pohybujícímu se systému ráz (šok - odtud název balistický), který způsobuje torzní vibrace systému. Aby oscilace měly charakter volných kmitů, je nutné, aby doba působení proudu na cívku byla menší než přirozená perioda kmitání. Ukážeme si to za této podmínkyvelikost první výchylky mobilního systému je úměrná množství elektřiny prošlé cívkou.

Během doby toku proudu, která je velmi malá, lze opačný moment zkrouceného vlákna považovat za rovný nule, protože systém se nestihne pohnout s velkým momentem setrvačnosti. Můžeme tedy předpokládat, že mobilní systém bude během této doby pouze pod vlivem točivého momentu M, v důsledku interakce proudu a magnetického pole permanentního magnetu. Je známo, že hybnost momentu síly se rovná změně momentu hybnosti, tj.

М 1 dt = Id  (1),

kde М 1 - okamžitá hodnota točivého momentu působícího na pohyblivý systém galvanometru; I je moment setrvačnosti pohyblivého systému galvanometru vzhledem k ose jeho rotace; d - změna úhlové rychlosti soustavy během času dt.

Na rám působí dvojice sil proudem zefektivněná a umístěná v magnetickém poli, jehož točivý moment je M 1 určeno vzorcem:

M 1 = B n i sin  S (2),

kde B je indukce magnetického pole permanentního magnetu,

n - počet otáček rámu,

S - oblast smyčky,

 - úhel mezi normálou k rovině rámu a směrem vektoru.

i je okamžitá síla proudu.

Protože indukční čáry magnetického pole, ve kterých se rám zařízení tohoto systému otáčí, svírají úhel s normálou k rovině rámu = 90 o ve všech polohách rámu pak točivý moment M 1 nebude záviset na poloze rámu a bude mít nejvyšší hodnotu rovnou:

М 1 = B n S i (2 ).

Dosazením М 1 z (2 ) za (1), dostaneme:

B n S i d t = I d  (3).

Integrací obou stran vyjádření (3) budeme mít:

B n S (4),

kde t je doba, po kterou cívkou protékal proud.

Vezmeme-li v úvahu, že:

kde q je množství elektřiny protékající za čas t, budeme mít:

B n S q = I  t.

Odtud dostáváme:

kde  t Je úhlová rychlost získaná mobilním systémem v době aktuálního zastavení.

Označení K 1 (konstanta tohoto zařízení), dostaneme:

 t = k 1 q.

Kinetická energie přijatá systémem v důsledku působení proudu, mÓ lze najít podle vzorce:

(5).

Dosazení do (5) výrazu t = k 1 q, dostaneme:

(5  a).

Rotace cívky bude pokračovat, dokud se veškerá kinetická energie systému nepřemění na potenciální energii zkrouceného závěsného vlákna. V tomto okamžiku se mobilní systém zastaví a otočí se pod úhlem max.

Vypočítejme potenciální energii zkrouceného závěsného závitu. Protimoment M 2 vytvořené závitem při zkroucení pod úhlem se bude rovnat:

M 2 = k 2 . (6),

kde k 2 - koeficient závislý na elastických vlastnostech závěsného závitu.

Základní práce vynaložené na kroucení nitě pod úhlem se rovná:

dА = М 2 d .

Celková práce vynaložená na kroucení nitě pod úhlem max, při zohlednění

(6) se rovná:

(7).

Očividně, (7) je vyjádřením potenciální energie zkrouceného vlákna zavěšení pohyblivého systému zařízení.

Dáme-li rovnítko (5 ) a (7), dostaneme:

Kde získáme:

Určením

(8),

dostaneme:

q = K  max (9).

Dokázali jsme tedy, že hodnota prvního úhlu vychýlení pohyblivého systému zařízení je úměrná množství elektřiny procházející galvanometrem.

Je snadné ukázat, že úhlové posunutí zařízení (pro malé úhly),

(10),

kde n je počet dílků, o které je vychýlen světelný ukazatel - "bod" na stupnici galvanometru, D je vzdálenost od zrcadla k stupnici.

Proto lze výraz (9) přepsat:

(11).

Veličina se nazývá balistická konstanta galvanometru a obvykle se vyjadřuje jako přívěsky nebo mikrocoulomby na dílek stupnice (obvykle na mm). S přihlédnutím k K b výraz (11) bude mít tvar:

q = Kbnmax (12).

Velikost největší výchylky světelné ručičky na stupnici (odmítnutí) je tedy úměrná množství elektřiny prošlé galvanometrem.

Výraz (12) není zcela přesný, protože při jeho odvození se nepočítalo s tím, že kinetická energie přijatá z proudového impulsu je částečně vynaložena na překonání odporu vzduchu. V praxi však tento poměr dává dobré výsledky.

Pro rychlé zklidnění torzních vibrací pohybujícího se systému se často paralelně s vinutím cívky zavádí malý odpor a klíč. Pokud je klíč zavřený v okamžiku, kdy světelný indikátor prochází nulou stupnice, oscilace se zastaví. Je to proto, že v cívce rotující v magnetickém poli permanentního magnetu dochází k indukci EMF. Když je klíč zavřený, vzniká indukční proud, který podle Lenzova pravidla bude bránit pohybu cívky.

U mnoha galvanometrů je paralelně s pohyblivým systémem zapojen bezklíčový odpor (shunt). Tento odpor se vypočítá tak, aby byl pohyb pohybujícího se systému neperiodický. Takový odpor se nazývá kritický, je v řádu několika tisíc ohmů, připojení kritického odporu snižuje citlivost galvanometru.

POSTUP MĚŘENÍ

já ... Stanovení balistické konstanty galvanometru

Z výrazu (12) máme:

Kb = (13),

kde K b - hodnota balistické konstanty,

q je množství náboje protékajícího galvanometrem,

n max - největší odchylka světelného ukazatele na stupnici.

1. K určení K b sestavte obvod podle obr. 1,

Obr. 1.

kde G je balistický galvanometr;

R w - bočník galvanometru;

K 0 - klíč, který vypne galvanometr;

K - klíč zkratující galvanometr;

K 1 - dvoupolohový klíč (spínač);

V - voltmetr;

C je kondenzátor (nejprve se známou kapacitou, poté s neznámou);

IET regulovaný zdroj napětí.

Podle návodu k použití galvanometru a horizontálního čtecího zařízení připravte galvanometr k provozu a nastavte světelnou ručičku na nulu stupnice. Otevřete klíč K, klíč K 0 zavřít.

Pohybem čočky iluminátoru dosáhněte jasného obrysu „zajíčka“.

2. Přepínač K 1 v blízkosti svorek 1 a 2, napájejte z IET děliče do kondenzátoru C 0 známé kapacitní (1μF) napětí (potenciální rozdíl) U = 0,2 V - 0,5 V.

3. Přepněte přepínač K 1 na svorky 5 a 6 vybijte kondenzátor galvanometrem. Všimněte si krajní hodnoty stupnice, na kterou dosáhne kontrolka při prvním kmitu (první odmítnutí). Pokud je toto odmítnutí v rámci stupnice, můžete začít měřit. Pokud zajíček spadne z váhy, snižte napětí.

Po napočítání n max (hodnota prvního odmítnutí), pro zklidnění galvanometru zavřete klávesu K, poté se "spot" vrátí na nulový dílek stupnice. Když je "zajíc" nastaven na nulu stupnice, otevřete klávesu K.

4. Výpočet q = C 0 U a změření hodnoty prvního odmítnutí n na stupnici max., podle vzorce (13  ) vypočítejte balistickou konstantu:

(13  ).

Definice n max proveďte alespoň pětkrát, do tabulky zaznamenejte pokaždé hodnotu největšího odmítnutí "zajíčka" a opakujte operace podle odstavců 1, 2. Zároveň se ujistěte, že na kondenzátor je přivedeno napětí stejný. Výsledky měření a výpočtů zapište do tabulky. I. Najděte střední hodnotu n max a použít jej k výpočtu K b.

Chyby  K b a určete podle vzorců chyby získané ze vzorce 13.  n max definovat jako střední čtvercovou chybu aritmetického průměru; U - chyba zařízení, určená na základě třídy přesnosti zařízení; C 0 - chyba, určená relativní chybou uvedenou v označení kondenzátoru.

Odvození vzorců chyb a výpočtů by mělo být uvedeno ve zprávě.

5. Porovnejte výsledky měření K b ... s pasovými údaji galvanometru vysvětlete výsledky srovnání.

Tabulka I

	n max (případy)	 n max (případy)	(PROTI)	 U (PROTI)	( )	 C 0 ( )	K b (CL / případy.)	 K b (CL / případy.)
Středa

II .Měření kapacity kondenzátoru a kontrola vzorců pro
výpočet kapacity baterií kondenzátorů

1. Nahraďte kondenzátor známé kapacity prvním zkušebním kondenzátorem neznámé kapacity C 1 ... Nastavte napětí U na výstupu IET 1 = 1 V-2 V, klíč K 1 zkratujte na svorky 1 a 2. Poté otočte klíčem K 1 na svorky 5 a 6, vybití kondenzátoru přes galvanometr. Zaznamenejte množství odmítnutí zajíčka na váhu. Zavřením klávesy K, když "bod" projde nulou stupnice, uklidněte cívku galvanometru. Poté otevřete klíč K.

2. Vyměňte kondenzátor C 1 jiný zkušební kondenzátor neznámé kapacity C 2 , zopakujte s ním všechny operace bodu 1 a přiveďte napětí na kondenzátor U 2 = 2V-3V.

3. Pokusy o stanovení n max vyrobit pro každý kondenzátor alespoň 5krát, získat průměrnou hodnotu n max.

4. Protože, a, pak se neznámá kapacita zjistí podle vzorce:

(14),

kde C je určená kapacita, n max Je průměrná hodnota „bodového“ potlačení na stupnici, U je konstantní napětí pro každý kondenzátor.

Chyby  C a určete pomocí vzorců chyby získané ze vzorce (14). Výsledky měření a výpočtů zapište do tabulky. II a podobná tabulka. III.

Tabulka II. (III)

	n max (případy)	 n max (případy)	(PROTI)	 U (PROTI)	(F)	 C (F)
Středa

5. Změřte kapacitu baterií složených z kondenzátorů C 1 a C 2 s jejich sériovým a paralelním připojením, po provedení všech operací obsažených v odstavcích 1, 2, 3, 4. Výsledky měření a výpočtů zapište do tabulky. IV pro sériové připojení, v tabulce. V - pro paralelní.

Tabulka IV. (PROTI).

	n max (případy)	 n max (případy)	(PROTI)	 U (PROTI)	(F)	(F)		(F)
Středa

Porovnejte výsledky měření kapacit se sériovým a paralelním zapojením kondenzátorů s výsledky výpočtu těchto kapacit pomocí vzorců pro sériové a paralelní zapojení kondenzátorů.

Po dokončení práce klíč K 0 nechat otevřené

KONTROLNÍ OTÁZKY DO I ČÁSTI PRÁCE.

1. Popište metodu použitou v práci ke stanovení kapacity kondenzátoru.

2. V jakých jednotkách se měří elektrická kapacita v SI a CGS?. Uveďte definice těchto jednotek a vyvoďte mezi nimi poměr.

3. Na jakých veličinách závisí kapacita plochého, kulového, válcového kondenzátoru? Znát vzorce pro kapacitu těchto kondenzátorů.

4. Co se rozumí kapacitou vodiče, kondenzátoru?

5. Vysvětlete zařízení a princip činnosti balistického galvanometru.

6. Jaký je fyzikální význam balistické konstanty?

Část II

MĚŘENÍ TOKU MAGNETICKÉ INDUKCE

BALISTICKÁ METODA

CÍL PRÁCE:

1) Ovládněte techniku ​​měření velikosti toku magnetické indukce a indukce balistickou metodou.

1. Určete konstantu galvanometru magnetickým tokem.

Určete indukci magnetického pole v měřicí cívce, když je do ní vložen páskový magnet.

NÁSTROJE:

1. galvanometr М 17/11,

2. tlumivka,

3.obchod R 33,

4. páskový magnet,

5.klíče

TEORIE

Jednou z hlavních metod pro stanovení magnetických charakteristik feromagnetických materiálů v konstantních magnetických polích je balistická. Poprvé jej použil A.G. Stoletov pro měření magnetizace železa. Balistická metoda je založena na měření množství elektřiny, která se vyvine v měřicí cívce pokrývající magnetický vzorek v důsledku rychlé změny magnetického toku touto cívkou. Stejné množství elektřiny protéká rámem galvanometru.

V první části práce balistická konstanta galvanometru K b ... Jeho hodnotu použijeme k určení množství elektřiny procházející v obvodu galvanometru při změně magnetického toku měřicí cívkou. Magnetický tok změníme zavedením (nebo odstraněním) páskového magnetu do měřicí cívky.

Když se magnetický tok mění měřicí cívkou, vzniká v ní elektromotorická indukční síla

(1),

kde N je počet závitů měřicí cívky.

V obvodu galvanometru poteče proud

(2),

kde R je celkový odpor cívky a obvodu galvanometru.

Pokud se průtok změní o hodnotu , přes rám galvanometru pročt dete množství elektřiny

(3).

Toto množství elektřiny se měří odchylkou n ukazatele gal b van o metr na stupnici

q = K b  n (4).

Potom je tok magnetické indukce určen vzorcem (5)

(5).

Když známe hodnotu plochy pokryté závity měřicí cívky, zjistíme hodnotu vektoru magnetické indukce

(6),

kde В n = В cos ,  - úhel mezi normálou k rovině smyčky a směrem vektoru magnetické indukce.

POSTUP MĚŘENÍ

1. Sestavte obvod podle schématu na obr. 2,

Obr

kde G je galvanometr, jehož odpor rámu je R 0 g = 300 Ohm (pasové údaje);

R w - bočník, jehož odpor v I a II části díla je stejný, rovný 650 Ohm; (měřeno ohmmetrem M 371);

R cr - kritický odpor pro tento galvanometr a tento obvod rovný 400 ohmů (zadaný na zásobníku odporu R-33);

L - měřicí cívka, počet závitů z toho N = 15, ohmický odpor R L = 3,2 Ohm (stanoveno pomocí ohmmetru M-371), oblast smyčky S = 100 cm 2 ;

Klíčové přiřazení K 0, K, K 1 naznačeno v první části práce.

1. Zavřít klíč K 0 ... Vložte páskový magnet svisle do cívky sytiče. Zavřete klíč K. 1 na svorky 1 - 2. Označte výchozí polohu světlometu č 1 .

Prudce vytáhněte magnet z cívky. Zaregistrujte novou pozici ukazatele n 2, najděte n = n 2 - n 1 ... Proveďte měření 5krát, najděte n Středa ... Chyba v určení n Středa najít jako standardní odchylku.

Pomocí vzorce (5) zjistěte změnu magnetického toku pronikajícího do měřicí cívky, když je páskový magnet vložen (nebo odstraněn). Je třeba mít na paměti, že R ve vzorci (5) je celkový odpor obvodu skládajícího se z měřicí cívky, rámu galvanometru, bočníku a kritického odporu. Pomocí vzorce (6) najděte hodnotu vektoru magnetické indukce.

Najděte chybu při určování magnetického toku pomocí chybových vzorců získaných ze vzorců (5) a (6).

1. Určete konstantu galvanometru magnetickým tokem K F. Jak je vidět z (5),

(6).

Chyba v určení konstanty galvanometru magnetickým tokem je určena chybovým vzorcem získaným ze vzorce (6).

1. Výsledky měření a výpočtů zapište do tabulky. 6.

Porovnejte výsledky měření K. F. s pasovými údaji galvanometru vysvětlete výsledky srovnání.

KONTROLNÍ OTÁZKY K II. ČÁSTI PRÁCE.

1. Popište metodu použitou v práci ke stanovení toku magnetické indukce.
2. Ovlivňuje změna polohy magnetu v cívce (severní pól nahoru nebo dolů) odečet měřiče?
3. Ovlivňuje rychlost pohybu magnetu vzhledem k cívce hodnoty zařízení? Proč?
4. Pas pro galvanometr M 17/11 udává hodnoty konstant zařízení (K b, K f atd.) na vzdálenost 1 m mezi iluminátorem a zrcadlem zařízení.

Jaká je tato vzdálenost v naší instalaci? Jak ovlivňuje hodnota této vzdálenosti jsem na hodnotách konstant zařízení?

Tabulka 6

№ p / p

 n

 R

K b

 K b

 F

K f

 K f

 S

Hospoda

 B n

mm

mm

Ohm

Ohm

Cl/mm

Cl/mm

Wb

Wb

Wb/mm

Wb/mm

m 2

m 2

T

T

Středa

aplikace

Zařízení galvanometru pro magnetoelektrický systém

Galvanometry - přístroje sloužící k měření slabých elektrických proudů, se svou konstrukcí dělí na dvě hlavní skupiny: 1) s pohyblivou cívkou, usměrněnou proudem a rotující v poli stacionárního magnetu nebo elektromagnetu; 2) s pohyblivým magnetem a pevnou cívkou.

K měření síly proudu, jak v těch, tak i v jiných zařízeních, se využívá rotace pohyblivého systému, který se vlivem interakce proudu a magnetu vychýlí z určité rovnovážné polohy. Pro přesná měření se používají pouze galvanometry prvního typu.

Pohyblivým systémem takového galvanometru je ve většině případů čtyřúhelníkový rám složený z těsně zabalených čtyřúhelníkových závitů izolovaného tenkého drátu o průřezu několika setin milimetru těsně zabalených a polepených izolačním lakem. Efektivní průřez takové cívky, proražené čarami sil magnetického pole, je nS, kde n je počet závitů rámu a S je plocha průřezu jednotlivé obdélníkové smyčky drát. Počet závitů v takové cívce se pohybuje od několika desítek do stovek. Závit E s připevněným světelným zrcadlem M (obr. 3) slouží jako závěs pro rám C. Rám se může volně otáčet v mezeře tvořené dvěma póly permanentního magnetu a válcem J z měkkého železa, upevněným na deska P vyrobená z nemagnetického materiálu. V tomto případě, jak je znázorněno tečkovanou čarou ve spodní části obrázku, je magnetické pole ve vzduchové mezeře téměř radiální (v horní části obrázku je jeden z pólů magnetu částečně odstraněn).

Závěsná nit je tenký kovový (platinový) drát nebo bronzová stuha s průřezem několika mikronů nebo tenká křemenná nit, někdy po povrchu platinovaná. Druhým proudovým napájením cívky je obvykle kovová stříbrná nebo zlatá stuha o tloušťce několika desetin mikronů. U galvanometrů s křemenným závěsem jsou oba přívody proudu do rámu obvykle provedeny ve formě takových pásků spojených s vinutím rámu (cívky) galvanometru v jeho spodní části. Proudové přívody do pohyblivého systému galvanometru by neměly poskytovat pružný odpor otáčení pohyblivého systému. Moment pružných sil působících na rám je tedy pouze točivý moment závěsného závitu.

Obr.

Před zahájením práce musí být galvanometr správně nainstalován, čehož je dosaženo otáčením tří stavěcích šroubů, na kterých spočívá tělo zařízení. To znamená, že pohyblivý systém galvanometru, držený v pevné poloze před zahájením práce speciálním zařízením (zámkem), by se měl po uvolnění zámku volně pohybovat mezi póly magnetu, aniž by se jich při otáčení dotýkal. Zúžení mezery mezi póly magnetu a centrálním válcem vyžaduje velmi přesnou instalaci zařízení.

Pro správnou instalaci jsou některé systémy galvanometru vybaveny úrovní, o kterou je přístroj uveden do správné polohy. V jiných systémech galvanometrů je v těle zařízení instalováno speciální lepené zrcadlo, které usnadňuje pozorování polohy rámu vůči pólům magnetu.

Zařízení prvního typu se nastavují podle úrovně s uzamčeným pohyblivým systémem. Zařízení druhého typu jsou instalována s bezplatným mobilním systémem. Zámek uvádí do pohybu speciální páka nebo hlavice šroubu, odebraná někde z galvanometru a opatřená nápisem.

Uvolnění a upevnění systému pohyblivého galvanometru před provozem zařízení (nebo na jeho konci) je třeba provádět velmi opatrně, protože otřesy systému pohyblivého galvanometru, zachycené uzamykací zátkou, jsou přenášeny přímo tenký závěsný závit. Studentům se nedoporučuje provádět tuto operaci samostatně v dílně, měli by vyhledat pomoc laboratorních techniků dílny a využít možnosti sledovat provádění těchto operací zkušenými osobami.

Horní konec závěsného závitu je upevněn v otočné hlavě (označené na těle přístroje nápisem "nulový korektor"), vyvedené do horní části těla galvanometru. Otáčením této hlavice lze otáčet pohyblivým systémem galvanometru pro jeho nastavení do nulové polohy mezi póly magnetu. V nulové poloze je rovina otáček pohyblivého závěsného systému nastavena přibližně rovnoběžně s přímkou ​​ab (obr. 3). Operace otáčení rámu (cívky) galvanometru vyžaduje stejná opatření jako uvolnění zámku zařízení. Je třeba mít na paměti, že když se hlava nulového korektoru otáčí, rám sleduje otáčení hlavy se zpožděním, protože přenos točivého momentu na rám se provádí prostřednictvím závěsného závitu. Po otočení nulového korektoru o malý úhel byste proto měli počkat pokaždé, dokud se pohyblivý systém zařízení nenastaví do nové polohy. Pouze takovým přerušovaným otáčením nulového korektoru lze pohyblivý systém uvést do požadované polohy mezi póly magnetu. V dílně tyto operace také neprovádějí studenti, ale laboranti.

Měření intenzity proudu je založeno na pozorování úhlů natočení rámu C. Když proud protéká vinutím rámu, na rám působí krouticí moment sil působících na proud v magnetickém poli. V tomto případě má rám tendenci být umístěn tak, aby magnetický moment proudu, který jím prochází, směřoval podél vnějšího magnetického pole. V důsledku toho se rám otočí o určitý úhel. ... Způsoby pohybu rámu galvanometru jsou následující:

1. Aperiodický režim.Jedná se o režim, ve kterém se rám galvanometru působením proudu plynule přibližuje k rovnovážné poloze, aniž by jí procházel.
2. Periodický režim... Pohyb rámce v tomto případě nastává takovým způsobem, že pohyb do polohy rovnováhy, prochází jím a zabírá ho po několika oscilacích.
3. Kritický režim. Toto je režim, ve kterém se rám galvanometru pod proudem přiblíží k rovnovážné poloze v nejkratším čase. Tento režim je pro práci nejvýhodnější.Parametry obvodových prvků potřebné pro implementaci kritického režimu jsou uvedeny v pasu galvanometru.

1 Zařízení galvanometru je popsáno v "Příloze" laboratorní práce. Parametry M 17/11 jsou uvedeny v návodu k zařízení, se kterým by se měl student seznámit.

Cvičení 1. Stanovení balistické konstanty galvanometru.

1. Sestavte řetěz podle schématu (obr. 5).

2. Připojte referenční kondenzátor S et, jejichž kapacita je uvedena na instalaci.

3. Připojte iluminátor galvanometru k elektrické síti.

4. Určete výchozí pozici n 0 rizik na stupnici. Odečtěte hodnotu výchylky světelného "bodu" vzhledem k tomuto dělení.

5. Nastavte napětí na PU voltmetru podle pokynů vyučujícího.

6. Připojte kondenzátor ke zdroji energie (přepínač S na stojanu nastavte do levé polohy) a po 2 - 3 sekundách jej vybijte do galvanometru (přepínač nastavte do pravé polohy), přičemž si poznamenejte maximální rozsah. dílek n, ke kterému se bude světelná skvrna odchylovat “.

7. Opakujte podobná měření na pátém bodě alespoň třikrát pro různé hodnoty napětí U stanovené učitelem.

8. Na základě získaných údajů pomocí vzorce (8) určete NA b.

9. Do tabulky 1 zadejte výsledky měření a výpočtů.

kde Δ U= 0,1 V; Δ n= 5 mm; Δ S et - uvedeno na instalaci.

11.Uveďte odpověď ve tvaru: NA b =<NA b> ± Δ NA b.

Úkol 2... Stanovení kapacity kondenzátorů

1. Do sestaveného obvodu zahrňte kondenzátor o naměřené kapacitě C x c Do sestaveného obvodu zařaďte místo kondenzátoru naměřenou kapacitu C x S tento.

2. Zapněte iluminátor galvanometru.

3. Nastavit na PU voltmetru napětí U určené učitelem.

4. Připojte kondenzátor ke zdroji proudu a po 2–3 sekundách jej vybijte galvanometrem, přičemž označte maximální dělení ( n) stupnice, do které se světlá „skvrna“ odchyluje.

5. Opakujte podobná měření alespoň 3x pro různé hodnoty napětí U (podle pokynů učitele).

6. Na základě získaných údajů pomocí vzorce (9) určete C X (<K b> vezměte z tabulky 1).

7. Stejným způsobem určete kapacitu ostatních kondenzátorů ( C y nebo C z podle pokynů učitele).

8. Výsledky měření a výpočtů zadejte do tabulky 2.

Úkol 3. Určete kapacitu baterií ze dvou kondenzátorů.

1. Připojte kondenzátory C x a C y (nebo C x a C z) sériově do baterie (obr. 1).

2. Pomocí metody uvedené v úloze 2 určete kapacity C xy (nebo C xz) baterie při sériovém zapojení.

3. Připojte stejné kondenzátory paralelně k baterii.

4. Určete kapacitu C xy (nebo C xz) baterie při paralelním zapojení.

5. Výsledky měření a výpočtů zapište do tabulky 2.

8. Výsledky výpočtu jsou uvedeny ve tvaru:

C x =<C x> ± Δ C x atd.

9. Porovnejte výsledky experimentů se sériovým a paralelním zapojením kondenzátorů s výsledky výpočtu kapacity baterií podle teoretických vzorců (3) a (4).

10. Vypracujte závěr o analýze experimentálních a vypočtených dat uvedených v tabulkách. Na závěr zohledněte následující ustanovení:

a) zda balistická konstanta závisí K b z napětí na referenčním kondenzátoru a jeho kapacity C tento?

b) jak se zvýšení napětí na kondenzátoru projeví na odrazu světelného paprsku na stupnici a proč?

c) závisí kapacity C x, C y, C xy (poslední), C xy (paralelní) na napětích na nich?

d) jak souhlasí hodnoty experimentálně získaných kapacit kondenzátorových bank v sériovém a paralelním zapojení s výsledky výpočtů pomocí vzorců?

Kontrolní otázky

1. Jaký je princip činnosti balistického galvanometru?

2. Jaký je fyzikální význam balistické konstanty?

3. Jak se nazývá kapacita osamělého vodiče? kondenzátor?

4. Jak se nazývá vzájemná kapacita dvou vodičů?

5. Jaký je rozdíl mezi kapacitou kondenzátoru a kapacitou osamoceného vodiče?

6. Odvoďte vzorec pro kapacitu kondenzátorové banky v sériovém a paralelním zapojení.

7. V jakých případech by měl být použit ten či onen způsob připojení kondenzátorů v baterii?

8. Vysvětlete způsob stanovení kapacity pomocí balistického galvanometru.

Laboratorní práce N 17

1. Zapněte osvětlení stupnice galvanometru. Nastavte měřítko na nulu.

2. Pomocí klíče K 1 zapněte proud v obvodu s normálním elektromagnetem. Pomocí reostatu R nastavte proud na 0,1 ampéru. Zapněte proud v obvodu normálním elektromagnetem.

3. Zavřete klíč K 2 v obvodu balistického elektromagnetu.

4. Zavřete klíč K 1 v obvodu normálním solenoidem a změřte odmítnutí „zajíčka“ (měřítko) α. Po vrácení stupnice galvanometru do nulové polohy otevřete klávesu K 2 a znovu zaznamenejte odmítnutí stupnice galvanometru. Opakujte měření 2-3krát. Vypočítejte průměrné odmítnutí ze všech obdržených dat.

5. Pomocí vzorce (22) určete konstantu balistického galvanometru pro každé měření α. Ze všech získaných hodnot vypočítejte průměrnou hodnotu konstanty balistického galvanometru.

Zaznamenejte výsledky práce do tabulky 1.

DEFINICE HORIZONTÁLNÍ SOUČÁSTI

SÍLA MAGNETICKÉHO POLE

6. Zarovnejte roviny obou prstenů (A a B) zemní cívky a nastavte tlumivku na kompas tak, aby roviny obou prstenů byly kolmé na rovinu magnetického poledníku.

7. Se zapnutým proudem v primárním elektromagnetu rychle otočte celou induktorem o 180° za hlavu C, přičemž si všimnete odmítnutí "bodu" (stupnice) β. Toto počítejte 2-3x. Vypočítejte průměrnou hodnotu β .

8. Pomocí vzorců (28) a (30) vypočítejte hodnotu horizontální síly magnetického pole Země .

Výsledky práce zapište do tabulky 2.

DEFINICE VERTIKÁLNÍHO KOMPONENTU

SÍLA MAGNETICKÉHO POLE

9. Srovnejte roviny prstenců (A a B) zemního induktoru a nastavte induktor na kompas tak, aby roviny obou prstenců byly rovnoběžné s rovinou magnetického poledníku.

10. Když je proud v primárním elektromagnetu zapnutý, rychle otočte hlavu E - kroužek B o 90 o, přičemž si všimněte množství odmítnutí "bodu" (stupnice) γ. Proveďte experiment 2-3krát. Vypočítejte průměrnou hodnotu z hodnot všech přijatých zamítnutí γ.

11. Pomocí vzorce (16) vypočítejte hodnotu svislé složky síly magnetického pole Země H V.

12. Pomocí vzorce (1) vypočítejte celkovou hodnotu síly magnetického pole Země N.

Výsledky práce zapište do tabulky 3.

stůl 1

Stanovení konstanty balistického galvanometru

Tabulka 3

Stanovení vertikální složky intenzity zemského pole

magnetismus.

Číslo zkušenosti	γ	Průměr γ	H B
1. 2. 3. 4. 5.

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Magnetické pole. Magnetický indukční vektor.

2. Biotův zákon - Savardův - Laplaceův a jeho aplikace pro výpočet magnetických polí.

3. Ampérův zákon. Levá ruka pravá.

4. Práce magnetického pole na pohybu vodiče (smyčky) proudem.

5. Jev elektromagnetické indukce. Faradayův zákon a jeho odvození ze zákona zachování energie. Lenzovo pravidlo.

Práce číslo 7

TERMOPÁR PROMOČNÍ

1... účel práce: Seznamte se s termoelektrickými jevy a kalibrujte termočlánek.

Teoretická část

V roce 1797 Volt zjistil, že když se dva různé kovy dostanou do kontaktu, vzniká určitý potenciální rozdíl, kterému se říká rozdíl kontaktního potenciálu. Důvody pro výskyt rozdílu kontaktních potenciálů jsou následující okolnosti.

1. Různé pracovní funkce volných elektronů z různých kovů. Faktem je, že při běžných teplotách elektrony provádějící tepelný pohyb z kovu neunikají; elektrony před vytažením z kovu jsou drženy jejich interakcí s kladnými náboji kostry krystalové mřížky a odpuzováním uvnitř kovu ze strany těch elektronů, které předtím dosáhly povrchu kovu. V důsledku toho, aby elektron unikl z kovu, je nutné vynaložit docela určitou práci, která je pro různé kovy odlišná. Při těsném kontaktu čistých povrchů různých kovů je pracovní funkce elektronů mimo jejich kov poněkud usnadněna, ale pro různé kovy zůstává stále odlišná.

Práce při pohybu elektrického náboje v elektrickém poli se číselně rovná součinu pohybujícího se elektrického náboje potenciálním rozdílem těch bodů pole, mezi nimiž se náboj pohybuje.

A = e (V - V 0),

kde V je potenciál elektrického pole uvnitř kovu; a V 0 je potenciál elektrického pole vně kovu. V praxi je potenciál mimo kov nulový (V 0 = 0) a vzorec pro práci na uvolnění elektronu z kovu má tvar

Potom se potenciál, který musí elektron překonat, aby opustil kov (výstupní potenciál), rovnal

Výstupní potenciál je tedy číselně roven práci, kterou musí elektron vykonat, aby se z daného kovu dostal. Nechť jsou například dva kovy A a B v kontaktu, pracovní funkce elektronů z kovu A bude menší než pracovní funkce elektronů z kovu B. V tomto případě bude potenciál opuštění kovu A (VA) být menší než potenciál pro opuštění kovu B (VB) a mezi kovy vzniká rozdíl kontaktních potenciálů.

, (1)

navíc kov A bude nabitý kladně a kov B záporně.

2. Rozdílná koncentrace volných elektronů v kontaktujících kovech. Různé kovy se liší svou strukturou a to znamená různý obsah volných elektronů na jednotku objemu. Předpokládejme, že koncentrace volných elektronů v kovu A je vyšší než v kovu B, tj. n 0A> n 0B.

Je zcela přirozené, že z tohoto důvodu unikne více elektronů z kovu A než z kovu B; v důsledku toho vzniká potenciální rozdíl mezi kovy A a B, přičemž kov A je nabitý kladně a kov B záporně. Tento rozdíl kontaktních potenciálů je určen vzorcem

, (2)

kde κ je Boltzmannova konstanta;

T je absolutní teplota kontaktního bodu;

e je elektronový náboj;

n 0А, n 0В - koncentrace volných elektronů v kovech A a B.

S přihlédnutím k oběma okolnostem způsobujícím výskyt rozdílu kontaktních potenciálů tedy můžeme napsat:

(3)

Je třeba poznamenat, že tato elektromotorická síla bude pozorována pouze na koncích otevřeného obvodu. V případě, že různé kovy zapojené do série tvoří uzavřený obvod, pak bude součet rozdílů kontaktních potenciálů těchto kovů nulový, protože rozdíly kontaktních potenciálů na obou kontaktech budou stejné velikosti a opačného znaménka. To však bude platit pouze v případě, že teplota obou kontaktů různých kovů bude stejná. Při různých teplotách kontaktů v uzavřeném okruhu vzniká elektromotorická síla odlišná od nuly; tato elektromotorická síla se nazývá termoelektromotorická síla. Předpokládejme, že v uzavřeném okruhu složeném ze dvou kovů A a B je kontakt (1) udržován na teplotě T 1 a kontakt (23) na teplotě T 2 (obr. 1).

Výstupní potenciály V A a V B a koncentrace volných elektronů n 0 A an 0 B, obecně řečeno, nezávisí na teplotě. Celková elektromotorická síla vznikající v uzavřené smyčce může být zapsána takto:

Přineseme-li podobné termíny a přeskupíme čitatel a jmenovatel zlomku ve druhém logaritmu, dostaneme:

(4)

Vzorec ukazuje, že elektromotorická síla vznikající v uzavřené smyčce při různých teplotách kontaktů různých kovů je přímo úměrná teplotnímu rozdílu těchto kontaktů.

Protože hodnoty K, e, n 0A a n 0B jsou konstantní, lze vzorec transformovat ve tvaru:

E = c (T1-T2), (5)

číselně se rovná EMF vznikající při změně kontaktní teploty o 1 o C. Přestože je velikost termoelektromotorické síly malá (několik set tisícin voltu na 1 o), termoelektrické jevy jsou široce používány jak pro měření vysokých teplot, tak pro detekci velmi slabé topení. K tomu se používají tzv. termočlánky nebo termočlánky, což jsou dva dráty z různých kovů se známou a přesně změřenou termoelektrickou silou. V místě kontaktu jsou dráty svařeny. Jeden kontakt je umístěn v prostředí s určitou konstantní teplotou (T o) a druhý v prostředí, kde se teplota (T) mění. Výsledné EMF se měří voltmetrem; naměřená EMF se používá k určení rozdílu teplot (T –T o); protože T o je známo předem, zjistí se také teplota T.

experimentální část

POPIS SPOTŘEBIČE

Účelem této práce je kalibrace termočlánku, tzn. stanovení závislosti termoelektromotorické síly na teplotě (vzorce 4 a 5).

Laboratorní pracovní sestava se skládá z následujících zařízení: 1) termočlánek, 2) baterie, 3) voltmetr, 4) galvanometr, 5) potenciometr sestávající ze dvou odporových zásobníků, 6) reochord, 7) klíč, 8) Dewarova nádoba, 9 ) elektrický sporák , 10) teploměr.

DOKONČENÍ DÍLA

1. Sestavte elektrický obvod podle přiloženého schématu (obr. 2)

V tomto případě je třeba mít na paměti, že: a) kladný pól baterie (+ E 0) a kladný pól termočlánků (+ TB) musí být připojeny ke stejné svorce posuvného drátu (je výhodnější na ten, v jehož blízkosti je nula pravítka), b) r 1 - potenciometr s odporem 240 Ohm, r - potenciometr s odporem 240 Ohm, r 2 - reochord s odporem 7 Ohm , c) záporný pól termočlánku (-TB) přes galvanometr musí být připojen k pohyblivému kontaktu P reochordu, d) Spustit levý spoj termočlánku do Dewarovy nádoby a pravý spoj do sklenice studená voda umístěná na odpojeném studeném elektrickém sporáku. Do stejné sklenice by měl být ponořen teploměr.

2. Po kontrole sestaveného obvodu učitelem dejte pohyblivý kontakt P reochordu do nulové polohy a zapněte spínač K. Šipka galvanometru by měla být na nule (v opačném případě kontaktujte učitele).

3. Zaznamenejte údaje z teploměru, zapněte plotýnku a sledujte změnu teploty.

4. Každých 5 o zahřátí: a) zaznamenejte teplotu, b) plynule pohybujte pohyblivým kontaktem P, nastavte ručičku galvanometru na nulu, c) zaznamenejte délku ramene posuvného drátu od bodu A k pohyblivému kontaktu P.

5. Všechna tato měření by měla být provedena až do bodu varu vody nebo v tomto případě před posunutím pohyblivého kontaktu posuvného drátu do bodu B.

6. Zadejte všechna měření do sloupců 1,2,3,4 tabulky.

7. Aby bylo možné vypočítat EMF termopilu (E) a také hodnotu C (termoelektromotorická síla, ke které dochází, když se teplota vyhřívané křižovatky změní o 1 o), je nutné provést některé teoretické výpočty a výpočty . Faktem je, že při poloze pohyblivého kontaktu P, při které bude šipka galvanometru q na nule (není žádný proud), bude termoelektromotorická síla přesně rovna úbytku napětí v úseku reochordu od bodu A k pohyblivému kontaktu P. Nejprve je tedy potřeba vědět, jaký je úbytek napětí na celém reochordu AB, vytvořený baterií E o. Označme (viz obrázek 2) proud na potenciometru r 1 až i 1. na potenciometru r - přes i a na posuvném drátu r 2 až i 2; pak pomocí prvního Kirchhoffova zákona můžeme pro bod D napsat:

podle druhého Kirchhoffova zákona se ukazuje (pro obrys E o D E o)

i 1 r 1 + i r = V (7)

Protože potenciometr r 1 a reochord r 2 jsou v obvodu zařazeny paralelně, pak

i 1 r 1 = i 2 r 2 (8)

Nahraďte v rovnici (7) místo i její hodnotu z rovnice (6).

i 1 r 1 + i 1 r + i 2 r = V (9)

V rovnici (9) nahradíme i 1 r 1 rovnou hodnotou z rovnosti (8)

(10)

V posledním výrazu vypočítejte i 2 r 2

(11)

Protože i 2 r 2 = i 1 r 1, pak výraz (11) lze zapsat následovně:

(12)

i 2 r 2 - je požadované napětí na celém kluzném vodiči, vytvořené zdrojem proudu.

8. Po výpočtu úbytku napětí na celém kluzném drátu můžete začít s výpočtem termoelektromotorické síly pro každou naměřenou teplotu (viz bod 4 v části „Provádění práce“). Postup výpočtu je následující: označme počet všech dílků posuvného drátu N; Předpokládejme, že pro nějaké pozorování se pohyblivý kontakt zastaví na n-tém dílku posuvného drátu a ručička galvanometru je na nule.

Pokud je v poloze pohyblivého kontaktu P na n-ohmovém dělení posuvného drátu šipka galvanometru na nule, znamená to, že termoelektromotorická síla generovaná při dané teplotě kompenzuje pouze tu část napětí na posuvném drátu, která spadne na části posuvného drátu odpovídající jeho n dílkům (E FB = V AR).

Udělejme poměr:

Pro N dílků posuvného drátu je i 2 r 2 voltů (viz formulář 12) a pro n dílků je x voltů.

Toto napětí x je elektromotorická síla (E). který vznikl v termočlánku při určité pevné teplotě.

Všechny tyto výpočty termoelektromotorické síly by měly být zapsány do tabulky.

9. Pro každé číslo pozorování vypočítejte hodnotu konstanty "c" podle vzorce (5).

10. Sestrojte graf závislosti termoelektromotorické síly na teplotě, vyneste hodnotu teplotního rozdílu (t a - t in) na úsečku a hodnotu termoelektromotorické síly E na osu y.

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Účel a produkce práce

2. Pojem rozdílu kontaktních potenciálů. Voltovy zákony.

3. Termoelektřina. ThermoEMF a jeho aplikace v zemědělství.

4. Kalibrace termočlánku.

Cvičení #3

Stanovení periody a logaritmický dekrement tlumení kmitů rámu

Měření. 1. Nastavte počáteční hodnoty odporu podle doporučení pro cvičení.

2.Pomocí potenciometru R získat odchylku "zajíčka" 80-100 mm.

3. Otevřete jistič V 2(odpor v obvodu galvanometru je v tomto případě nekonečně velký), "zajíc" se vrátí na nulu stupnice a provede několik tlumených oscilací současně. Určete dobu trvání 2-3 úplných kmitů stopkami, abyste určili jejich "periodu". Tento postup opakujte alespoň třikrát, abyste byli schopni najít průměrnou hodnotu periody volných výkyvů. T 0 a jejich cyklická frekvence  0  T 0 .

4. Změřte největší odchylky dvou po sobě jdoucích fluktuací "zajíčka" A Na a A k + 1 na jedné straně nuly (nejlépe vpravo). Z naměřených výsledků určete logaritmický úbytek tlumení vibrací d  rámy galvanometrů při nekonečném odporu.

5.Zavřít V 2, nyní obvod galvanometru obsahuje odpor nastavený na začátku R 1 , a R 2 a r jiný. Zapínání a vypínání proudu v galvanometru vypínačem NS, odstraňte závislost degrementu logaritmického tlumení jako R 1 tak dlouho, dokud kolísání "zajíčka" probíhá. Výsledky zaznamenejte do tabulky 2.

tabulka 2

R 1	A k	A k + 1

6. Vytvořte graf závislosti 1/ d= F(R 1 ) ... Lze očekávat lineární formu této závislosti. Pokud extrapolujeme graf 1/ d  0 , pak protíná osu úsečky v R 1  R 1 až, což umožňuje stanovit kritický odpor (9) jiným způsobem. Při kritickém odporu v obvodu galvanometru totiž dochází k pohybu rámu do rovnovážné polohy bez oscilací, aperiodicky, což lze interpretovat jako „oscilace“ s velmi velkým úbytkem tlumení.

R cr = R 1 až + R 2 + r.

Porovnejte kritický odpor stanovený touto metodou a tou použitou ve cvičení 2.

Cvičení 4

Stanovení balistické konstanty galvanometru a kapacity kondenzátoru

Balistický režim činnosti galvanometru (ve fyzickém žargonu - balistický galvanometr, zde je vhodná analogie s balistickým kyvadlem) se používá k měření velikosti elektrického náboje q prošel obvodem krátkým proudovým impulsem, například když je vybitý kondenzátor. Předpokládá se, že doba trvání pulsu je mnohem kratší než doba volných kmitů rámu galvanometru. S tímto předpokladem je zřejmé, že celý náboj projde rámcem za tak krátkou dobu, že se nestihne odchýlit. Rám však zároveň dostává tlak, jehož hodnota určuje úhel, o který se otáčí, tedy úhel  úměrné poplatku q.

kde je balistická konstanta při nekonečném odporu v obvodu rámu galvanometru. Za těchto podmínek je brzdění rámu minimální (viz cvičení 3).

Vzorec (13) implikuje definici balistické konstanty

, (14)

G

de n- maximální počet dílků stupnice, o který se "zajíček" odchýlí při "přeskakování" nábojovým rámcem q (první balistické odmítnutí).

Balistickou konstantu lze určit experimentálně pomocí kondenzátoru se známou kapacitou S 0 (referenční), včetně jeho zapojení do elektrického obvodu, jehož schéma je na obr. 2.

Referenční kondenzátor je nabit na rozdíl potenciálů U 0 z aktuálního zdroje (přepínač NS těhotná 1 ), poté vybitý přes galvanometr G(přepínač NS těhotná 2 ). Elektrický náboj

q= C 0 U 0 (15)

protéká rámem galvanometru. Dosazením náboje (15) do vzorce (14) získáme výraz pro určení balistické konstanty:

. (16)

Li namísto kondenzátor S 0 zahrnout další kondenzátor s neznámou kapacitou S 1 a nabijte jej na potenciální rozdíl U 1 , pak znalost balistické konstanty umožňuje určit kapacitu S 1 podle vzorce

. (17)

Měření. 1. Zavřete klapku PROTI d za účelem ochrany galvanometru.

2. Sestavte elektrický obvod podle schématu (obr. 2) a vyzvěte učitele nebo laboranta ke kontrole.

3.Zavřete jistič V 1 a nastavte napětí U 0 = 0,50 V.

4. Přepněte NS připojte kondenzátor ke zdroji napájení (přepínač v poloze 1 ), což způsobí nabíjení až 0,50 V.

5. Otevřete klapku PROTI d a zkontrolujte, zda je kontrolka na nulové značce stupnice. Pokud ne, tak to udělejte. Jak to mohu udělat?

6. Přesuňte přepínač do polohy 2 a označte největší odchylku "zajíčka" na stupnici - n 0 .

7.Výsledky měření n 0 při třech různých napětích U 0 zadejte do tabulky 3.

Tabulka 3

U 0	n 0		U 1	n 1	C 1

8. Místo toho zahrňte S 0 kondenzátor neznámé kapacity S 1 a provádějte s ním podobná měření balistických zmetků n 1 (str. 3-6).

9.Zpracování výsledků se redukuje na výpočet balistické konstanty podle vzorce (16) a určení kapacity S 1 podle vzorce (17), stejně jako určení šířky Studentova intervalu spolehlivosti.

10. Zkontrolujte, zda platí následující rovnost:

.

Jeho existence je zdůvodněna v návodu, tam je vzorec (66). Také vám to připomínáme S já – aktuální citlivost , T 0 - perioda volných kmitů rámu (viz cvičení 1 a 3). Tato kontrola je jedním z prvků kontroly správnosti měření a výpočtů parametrů galvanometru.

Cvičení 5

Stanovení balistické konstanty

Když je ke galvanometru připojen kondenzátor, je odpor tohoto obvodu opravdu velmi vysoký. Ale je možná i jiná situace.

NS
Ke galvanometru je připojena cívka, ve které je vybuzen krátký impuls. V tomto případě impuls prochází obvodem, včetně galvanometru, ale jeho odpor není tak velký jako u kondenzátoru, spíše dokonce malý. Zvažte schéma zapojení, které je znázorněno na obr. Obvod galvanometru obsahuje cívku s indukčností L 1 a aktivním odporem r 1 , stejně jako obchod s odporem R 1 ... Výše uvedený obvod se liší od obvodu uvedeného výše (cvičení 4) v tom, že zde odpor v obvodu galvanometru za prvé není nekonečný a jako takový je to nemůže být, za druhé, jeho může být změněno na úkor R 1 ... A to znamená, že v závislosti na velikosti odporu se charakter pohybu rámu do a kolem rovnovážné polohy mění a tato volba je v rukou experimentátora. Za těchto podmínek je nejpříznivější relaxační pohyb kritického charakteru. K tomu musí být odpor obvodu galvanometru kritický. R kr, jehož hodnota je definována ve cvičení. 2 a 3. Proto v obchodě R 1 potřeba nainstalovat

R 1 =R kr - (r + r 1 ) .

Zvažte odezvu galvanometru na proudový impuls v obvodu s kritickým odporem. Pokud cívka L 1 s počtem otáček w 1 za dt sekund změnit magnetický tok na d , pak bude indukce EMF indukována v cívce.

.

Výsledný indukční proud i vytvoří v cívce L 1 EMF samoindukce

.

Podle druhého Kirchhoffova pravidla se algebraický součet úbytků napětí v uzavřené smyčce rovná algebraickému součtu EMF.

Oddělením proměnných a integrací výsledné rovnice budeme mít následující řešení:

,

kde q= i - celkový elektrický náboj prošlý obvodem (včetně galvanometru) během trvání proudového impulsu  ,

 2  1 - změna magnetického toku v čase  .

Zde můžete zjistit výši poplatku,

. (19)

Nabíjecí průchod q přes galvanometr způsobí natočení rámu pod úhlem  úměrné poplatku,

Srovnáním výrazů (19) a (20) získáme následující vzorec pro balistickou konstantu galvanometru v obvodu s kritickým odporem:

. (21)

Balistické konstanty galvanometru se od sebe liší, protože každá z nich je vlastní určitým a neslučitelným provozním podmínkám galvanometru, zároveň spolu souvisí, protože se jedná o vlastnosti jeden přístroj. Je dokázáno ve vzorci (70), že

Jak prakticky najít? K tomu je sestaven obvod obsahující galvanometr a dvě indukčně vázané cívky: jedna je dlouhý jednovrstvý solenoid L 0 , druhá je krátká čtyřdílná cívka L 1 nosí přes solenoid.

S průchodem proudu já podél solenoidu vzniká magnetické pole, jehož síla na ose elektromagnetu je H, indukce PROTI a magnetický tok 

,

kde l 0 , S 0 - délka a plocha průřezu solenoidu.

Stejný magnetický tok proniká druhou cívkou. L 1 , označujeme to  1 ... Pokud se směr proudu v elektromagnetu změní na opačný, pak magnetický tok změní znaménko  2 = – BS 0 .

Změna magnetického toku druhou cívkou tedy je

, (23)

a po střídání

. (24)

Výraz pro balistickou konstantu (21) lze napsat jako:

[Cl / (mm / m)]. (25)

Znaménko mínus je vynecháno, protože určuje, kterým směrem se bude rám galvanometru otáčet, ale neovlivňuje hodnotu úhlu natočení.

Množství

[Wb / (mm / m)] (26)

volala magnetický tok balistická konstanta.

Měření. 1. Sestavte elektrický obvod podle schématu na obr. 3, včetně jeho cívky L 1 jedna ze čtyř částí obsahujících w 1 zatáčky. Tlumič PROTI d při montáži by měl být jako vždy uzavřen.

2. Požádejte učitele nebo laboranta, aby zkontroloval sestavený obvod.

3. Nainstalujte v obchodě R 1 kritický odpor.

4.Nastavte malý proud v obvodu elektromagnetu já, pak může být nutné jej změnit.

5.Otočením vypínače NS z jedné pozice do druhé změřte maximální balistické odmítnutí "zajíčka" n... To musí být provedeno při třech různých proudech. já... Výsledky zapište do tabulky 4.

Tabulka 4

6. Vypočítejte a pomocí vzorců (25), (26) zjistěte průměrné hodnoty každého z nich a šířku Studentových intervalů spolehlivosti jako u přímých měření. Zkontrolujte stav (22)

7.Na základě výsledků získaných při cvičení. 1 ... 5 sestavit souhrnnou tabulku metrologických parametrů zkoumaného galvanometru.

Přehled metrologických parametrů galvanometru M17,č.………… .

Konstantní proud	C já
Konstanta napětí	C U
Vnitřní odpor
Kritický odpor	R kp
Doba oscilace	T 0
Volná frekvence vibrací
Balistická konstanta
Balistická konstanta
Konstanta balisty podle magn. proud

Cvičení #6

Stanovení horizontální a vertikální složky magnetického pole Země

V níže uvedeném cvičení je možnost aplikovat komplexně prozkoumaný galvanometr k řešení praktického problému – určit sílu magnetického pole Země pomocí vysoce citlivého galvanometru v balistickém režimu. Myšlenka této zkušenosti je jednoduchá. Nechť je v zemském magnetickém poli uzavřený obvod, jehož součástí je galvanometr. Pokud změníte orientaci obrysu v prostoru tak, aby se měnil i magnetický tok skrz něj, pak se v obrysu objeví EMF indukce a indukční proudový impuls povede k vychýlení ukazatele galvanometru.

D
Pro takový experiment je odebrána cívka L 2 na prstencovém rámu, umístěném na otočném stojanu. Vektor síly magnetického pole Země se nachází v rovině magnetického poledníku pod úhlem  k horizontu (obr. 4), kde  - magnetický sklon (v naší oblasti se dá brát přibližně stejně jako zeměpisná šířka).

Pokud je cívka otočena například kolem osy z, pak tok vektoru H G přes oblast pokrytou obvodem se změní, což povede ke vzniku elektromagnetického pole indukce, rovného v souladu s Faradayovým zákonem, E= d / dt.

2
.Instalujte na prodejně R 1 odpor

.

3. Určete pomocí kružítka rovinu magnetického poledníku S – N a rovinu prstencové cívky položte kolmo k tomuto směru.

4. Otevřete klapku. Otočte cívku o 180 kolem svislé osy, pozorujte odchylku "bodu" na stupnici. Tento experiment musí být proveden alespoň pětkrát, pokaždé si všimnete maximálního balistického odmítnutí. Pokuste se otočit cívkou tak rychle, aby doba trvání otočení byla kratší než doba volných kmitů rámu galvanometru, což je spojeno s nezbytnou podmínkou pro krátké trvání proudového impulsu v obvodu. Výsledky měření zapište do tabulky 5.

5. Proveďte podobná měření při otáčení cívky kolem vodorovné osy, po předchozí instalaci vodorovně.

6. Změřte průměr cívky, budete jej potřebovat pro výpočet její plochy S 2 a odepište počet otáček w 2 úsek, který byl zařazen do řetězce.

Zpracování výsledků spočívá ve výpočtu horizontální a vertikální složky síly pole Země pomocí vzorce

. (27)

Tabulka 5

Točící se okolo vertikální sekery				Točící se okolo horizontální sekery
n 1	H G			n 2	H proti

Průměrné hodnoty H G a H proti vypočítat celkovou sílu zemského magnetického pole a porovnat ji s hodnotou zjištěnou v literatuře.

1. Kurz elektrického měření. / Ed. V. G. Prytkov, A. V. Talitsky. M.-L .: Stát. energický. vyd., 1960. Část 1, Ch. 5.

2. Vybavení elektrotechnické laboratoře. Ed. Perm. Univerzita, 1976. §15-16.

3. Průvodce laboratorními studiemi ve fyzice / Ed. L. L. Goldina. Moskva: Nauka, 1973. S. 274.

4. Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. Moskva: Nauka, 1977, svazek 3, s. 556.

5. Kortnev A.V., Rublev Yu.V., Kutsenko A.N. Fyzikální dílna. M .: Vyšší škola, 1963. S. 232.

Výzkum Kurz >> Chemie

Vyměňte za jiný. Hlavní oblasti aplikace chrom - dekorativní ochrana, ... elektrody; svazek odražených paprsků zrcadlené galvanometr, umístěný u levého okraje ... součástí procesu chromování Objekt výzkum: pevný odpad z galvanického pokovování ...