Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вивчення електростатичного поля
Мета роботи: експериментальне дослідження електростатичного поля та графічне його зображення.
Поле, що породжується нерухомими стаціонарними зарядами, називається електро статичним. Воно характеризується напруженістю та потенціалом в кожній точці поля.
Графічно електростатичне поле можна зобразити лініями рівного потенціалу та лініями напруженості. Лінія, в кожній точці якої потенціали однакові, називається лінією рівного потенціалу (еквіпотенціальною лінією). Лінія, в кожній точці якої напруженість направлена по дотичній, називається лінією напруженості (силовою лінією). Лінії напруженості в кожній точці поля перпендикулярні еквіпотенціальним лініям.
Експериментально знайшовши еквіпотенціальні лінії, можна побудувати силові лінії поля та отримати поле, що породжується зарядами будь-якої конфігурації.
В даній роботі електростатичне поле наближено імітується стаціонарним електричним полем в електропровідному папері з великим електричним питомим опором. Чим більше питомий опір паперу, тим менше різниця електростатичного та електричного полів у ньому.
Вивчення електричного поля в електропровідному папері становить значний інтерес, оскільки дозволяє вирішити низку задач методом моделювання за допомогою аналогії. Так, наприклад, плоска картина обтікання якого-небудь профілю нестискуваною ідеальною рідиною має такий самий характер , як і картина електростатичного поля, отримана на електропровідному папері, в якому вирізаний згаданий профіль.
Для експериментального знаходження ліній рівного потенціалу застосовується мостикова схема (див. роботу Е-5), в якій два опори замінені провідним папером (мал.1-1). В ділянку ВД вводиться щуп, з’єднаний з гальванометром. Джерело струму створює різницю потенціалів на ділянках АВС та АDC. Точки В та D підбираються самим дослідником. За допомогою реостата R в схемі встановлюється певна напруга ( декілька вольт) .
Проколоти щупом папір, в знайдених точках. Якщо з’єднати між собою ці точки, то отримаємо еквіпотенціальну лінію. Потім пересунувши повзунок реохорда А в нове положення, знайти наступну еквіпотенціальну лінію.
Таким чином пересуваючи повзунок реохорда на 4-5 см, пройти все поле між електродами D та С.
Після цього вийняти аркуш чистого паперу з проколами, обвести еквіпотенціальні лінії та побудувати декілька ліній напруженості, стрілками вказавши напрямок напруженості. Відстань між лініями напруженості слід вибирати однаковими, як для однорідного поля.
Зауваження. Електропровідний папір слід проколювати лише при відсутності струму у гальванометрі. Положення повзунка на реостаті в процесі роботи не змінювати.
Визначення електроємності конденсаторів за допомогою балістичного гальванометра
Мета роботи: визначення електроємності конденсаторів методом порівняння.
Для зарядки різних по формі провідників до однакового потенціалу їм необхідно надати різні заряди. Ця властивість провідників характеризується величиною, яка називається електро ємністю:
, (1)
т.т. електроємність чисельно рівна заряду, який необхідно надати провіднику, щоб підвищити його потенціал на одиницю.
Величина C залежить від форми зовнішньої поверхні провідника, його лінійних розмірів, розташування провідника відносно інших провідників та від величини діелектричної проникності навколишнього середовища .
Електроємність конденсатора дорівнює відношенню величини заряду до різниці потенціалів між пластинами:
. (2)
Якщо застосувати співвідношення (2) до двох конденсаторів (відомої та невідомої ємностей), що заряджені до однієї і тієї ж різниці потенціалів U, то можна отримати співвідношення
, (3)
де Сет та qет Сх та qх – ємність та заряд відповідно еталонного та вимірюваного конденсаторів.
В даному випадку відношення зарядів конденсаторів визначається за допомогою балістич ного гальванометру, який являє собою пристрій магнітоелектричної системи з рухомою частиною на підвісі. Принцип дії пристрою заснований на взаємодії магнітного поля, створюваного постійним магнітом, зі струмом, що протікає по обмотці рамки. Як результат цього виникає обертаючий момент, що відхиляє рухому частину пристрою.
Балістичний гальванометр відрізняється від звичайної магнітоелектричної системи тим, що рухома частина його робиться більш масивною та має більший момент інерції. Якщо через гальванометр пропустити короткочасний струм (час протікання струму значно менший за період коливань підвісної системи), то кут повороту його підвісної системи буде пропорційним не струму, а імпульсу струму, т.т. кількості електрики, що пройшла через гальванометр:
q, ,(4)
де – балістична стала гальванометра (величина, чисельно рівна заряду, що відкидає систему на одиничний кут).
Зарядивши еталонний конденсатор ємністю Сem до деякої напруги U, розрядимо його через гальванометр. В цьому випадку
ет=qет (5)
Якщо те саме зробити з конденсатором невідомої ємності (при тій же напрузі U), то
x=qx (6)
З рівнянь (3), (5) та (6) отримаємо робочу формулу для визначення ємності Сх
(7)
Для визначення ємності конденсатора описаним методом збирають схему, зображену на мал.2-1. Коли двополюсний перемикач L встановлений в ліве положення, відбувається зарядка конденсатора від батареї Б.Напруга регулюється потенціометром П. Коли перемикач встановлений в праве положення, конденсатор розряджається через гальванометр, паралельно якому під’єднаний гальмовий ключ К1, що використовується для швидкого заспокоєння рухомої частини гальванометра. Цей ключ необхідно замикати на короткий час в той момент, коли “зайчик” гальванометра проходить через положення рівноваги.
Ввімкнути підсвітку шкали гальванометра та встановити “зайчик” на нуль шкали.
Підібрати та зафіксувати повзунком потенціометра напругу U. За вольтметром слідкувати, щоб ця напруга була постійною під час всього експерименту.
За допомогою двополюсного перемикача обкладки конденсатора підключити до точок C та D, потенціали яких рівні потенціалу точок А та В потенціометра. При цьому конденсатор заряджається до напруги U.
Перекидаючи ручку перемикача, замкнути контакти E та F та розрядити конденсатор через балістичний гальванометр , при цьому слід зафіксувати максимальний відкид “зайчика” за шкалою. Такі вимірювання провести для кожного з конденсаторів по три-п’ять разів.
За допомогою рівняння (7) визначити ємність досліджуваних конденсаторів.
Визначити ємність кожного з двох досліджуваних конденсаторів окремо та їх паралельного і послідовного з’єднань. Для обчислення ємності паралельного та послідовного з’єднань використовується формула (7).
Експериментально отримані значення ємностей паралельного і послідовного з’єднань конденсаторів перевірити відповідно за формулами
Cпар=C1+C2 та
Дані вимірювання та результати обчислень звести в таб.2-1, 2-2.
Таблиця 2-1.
|
Номер |
Сет= |
C1= |
C2= |
|||||||||
|
досліду |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
Таблиця 2-2.
|
Номер |
Спар= |
Cпосл= |
||||||
|
досліду |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
|
cеp |
Похибку для розрахувати методом середнього, для С – методом диференціювання натурального логарифма функції.
Знаходження додаткового опору до гальванометра та градуювання вольтметра з заданою межею вимірювання.
Мета роботи: навчитися розраховувати додатковий опір до гальванометра для отримання вольтметра з заданою межею вимірювання.
Гальванометр є основною частиною приладів , що застосовуються для вимірювань напруг (вольтметри) та струмів (амперметри). Його можна використовувати як вимірювач напруг (вольтметр), якщо послідовно до нього приєднати додатковий опір Rдод . Величину цього опору можна знайти зі співвідношення
I0(Rг+Rдод)=Uo, (1)
де I0 – ціна поділки гальванометра;
Rг – опір гальванометра, Ом;
Uo – ціна поділки виготовлюваного вольтметра, В/под.
Співвідношення (1) є виразом закону Ома для ділянки кола.
В цій роботі опір Rг вказано на гальванометрі. Ціну поділки виготовлюваного вольтметра Uo необхідно розраховувати за формулою
, (2)
де U – задані межі вимірювань,
N – число поділок шкали гальванометра.
Ціна поділки гальванометра Io визначається експериментально, шляхом порівняння його показів з показами контрольного міліамперметра. Для цього збирається коло згідно зі схемою мал.4-1. Тоді
, (3)
де Iк – покази контрольного міліамперметра,
N – число поділок шкали гальванометра.
Зібрати коло згідно зі схемою мал.4-1.Вимірюючи величину струму в колі за допомогою реостата R, записати покази контрольного міліамперметра Ik та число поділок шкали гальванометра N. За залежністю (3) підрахувати ціну поділки Io гальванометра . Вимірювання виконуються при декількох значеннях струму Ik , та результати усереднюються.
За графіком визначити ціну поділки отриманого вольтметра U0
Вивчення температурної залежності питомого опору провідників.
Мета роботи: експериментальна перевірка залежності опору від температури та визначення температурного коефіцієнту провідників.
Здатність провідника проводити струм характеризується його питомим опором, величина якого визначається хімічною природою речовини та умовами, наприклад температурою, в яких він знаходиться. Для більшості металів питомий опір зростає приблизно за лінійним законом:
=о(1+t), а R=Ro(1+t),
де о – питомий опір при 0 0С;
t – температура за шкалою Цельсія;
– температурний коефіцієнт.
Температурним коефіцієнтом опору провідників називається відносна зміна питомого опору провідника при зміні його температури на 1 градус:
При низьких температурах спостерігається відхилення від лінійної залежності.
В цій роботі температурна залежність опору визначається за допомогою експериментальної установки, схема якої зображена на мал.5-1. Схема складається з муфельної печі та вбудованого в неї досліджуваного опору потенціометра з хромель–алюмелевою термопарою та цифрового вольтметра, що дозволяє вимірювати величину опору постійного струму в діапазоні від 0,001Ом до 20 МОм.
Температура досліджуваного опору визначається шляхом вимірювання термо-ЕРС хромель-алюмелевої термопари потенціометром постійного струму ПП–63.
Перехід від термо-ЕРС в мілівольтах до відповідної температури здійснюється за допомогою таблиці для хромель-алюмелевої термопари (таб.1).Температурний коефіцієнт визначається як середнє значення температурних коефіцієнтів:
; (1)
де , ti – значення опору та температури в і-й точці;
N – число експериментальних точок температурної залежності.
Зібрати схему мал.5-1.
Таблиця 1.
|
мВ |
0С |
мВ |
0С |
мВ |
0С |
|
0 |
0 |
1,25 |
31,25 |
2,5 |
62 |
|
0,25 |
6,25 |
1,5 |
37,5 |
2,75 |
68 |
|
0,5 |
12,5 |
1,75 |
43,75 |
3 |
74 |
|
0,75 |
18,75 |
2,0 |
50,0 |
3,25 |
80 |
|
1,0 |
25,0 |
2,25 |
56 |
3,5 |
86 |
Вивчення залежності питомого опору електроліта від температури.
Мета роботи: визначення опору електроліта при кімнатній температурі та вивчення залежності питомого опору електроліта від температури.
Водні розчини кислот, лугів та солей, молекули яких дисоціюють на іони, називають електро літами.
Електричний струм в них – це впорядкований рух іонів обох знаків в електричному полі між зануреними в електроліт електродами. Позитивно заряджений електрон називають анодом, а негативно заряджений – катодом.
Опір електроліта може бути визначений з виразу
,
де – питомий опір електроліта,
l – відстань між електродами,
S – поперечний переріз стовпа електроліта.
Так як l та S в процесі роботи не змінюються, то можна знайти залежність питомого опору від температури t 0С, досліджуючи температурну залежність опору електроліта.
Зі збільшенням температури питомий опір електроліта зменшується. Пояснюють це тим, що при підвищенні температури посилюється процес дисоціації та збільшується рухомість іонів. Це випливає з виразу для питомого опору електроліта.
,
де F – число Фарадея,
– коефіцієнт дисоціації ( показує, яка частина молекул розчиненої речовини дисоційована на іони),
с – еквівалентна концентрація розчиненої речовини (число кілограм-еквівалентів розчиненої речовини, що міститься в об’ємі електроліта),
u+ та u- – рухомість іонів (дорівнює зміні швидкості руху іону при зміні напруженості поля на одиницю: , ).
Визначення опору електроліта за допомогою мостикової схеми.
Для виконання цієї частини роботи можна скористатися схемою мостика (мал.7-1).
Співвідношення опорів для мостикової схеми
(1)
виведене в роботі Е-5. В результаті проходження струму електролітів відбувається зміна концентрації іонів біля електродів, що приводить до виникнення ЕРС поляризації і робить неможливим застосування цієї формули. Для різкого послаблення ЕРС поляризації коло живлять змінним струмом. Тому в цій частині роботи в коло мостикової схеми підключено джерело змінного струму – звуковий генератор (ЗГ), за допомогою якого можна отримати змінний струм різної частоти. Індикатором, що показує наявність струму в діагоналі мостика, є чутливий гальванометр.
Якщо повзунок на реохорді встановити так , щоб різниця потенціалів між C та D прямувала до 0, то гальванометр покаже мінімальний струм в гілці CD.
В цьому випадку опір електроліта Rx можна розрахувати за формулою (1).
Зібрати коло за схемою мал.7-1.
Визначення температурної залежності опору електроліта за допомогою реохордного моста.
При виконанні цієї частини роботи використовується реохордний міст Р-38, принципова схема якого аналогічна схемі лінійного мостика.
В коло гальванометра під’єднані напівпровідникові діоди, завдяки яким можна виконувати вимірювання на змінному струмі. Тому в інструкції до моста Р-38 слід вивчити лише частину “робота на змінному струмі” (інструкція знаходиться в лабораторії).
Підготувати прилад Р-38 до роботи згідно з інструкцією.
Градуювання та визначення сталої термопари.
Мета роботи: навчитися вимірювати термо-ЕРС, визначати її залежність від різниці температур спаїв та обраховувати питому термо-ЕРС термопари.
Провідність металів пояснюється наявністю в них вільних електронів (в основному валентних), що утворюють електронний газ. Ці електрони рухаються хаотично між вузлами кристалічної решітки.
Густина вільних електронів в металах дуже велика (порядку 1021-1023 1/см3) та не залежить від температури.
При контакті двох різнорідних металевих провідників деякі електрони можуть переходити з одного металу в інший в наслідок теплового руху. Метал, в якому утворюється надлишок електронів, заряджається негативно, а інші позитивно. Контактна різниця потенціалів, що виникає, називається внутрішньою. Якщо з двох різнорідних металів скласти коло та місця з’єднання підтримувати при різних температурах t1 та t2 , то в колі виникне електрорушійна сила, що називається термо-електричною. Таке з’єднання різнорідних провідників називається термопарою.
Контактна різниця потенціалів обумовлена двома причинами:
Теоретичний розгляд явища термоелектрики в класичній фізиці приводить до такого виразу для ЕРС термопари:
E=c(t2-t1), (1)
де ;
k – стала Больцмана;
е – заряд електрона.
Величина с являє собою термо-ЕРС, що виникає при різниці температур в 10С, та назива ється сталою термопари.
Лінійна залежність (1) зберігається лише в певному інтервалі температур.
Термопари можуть виготовлятися з будь-яких матеріалів. Вони мають широке застосування для виміру та контролю сталості температур в широких межах. Найбільш вживані термопари: мідь-константан, константан-залізо, нікель-залізо, хромель-копель, хромель-алюмель, платинородій-платина, вольфрам-реній. До того ж, більш тугоплавкий матеріал термопар застосовується при більш високих температурах.
Термо-ЕРС найчастіше вимірюється методом компенсації. В цьому випадку на вимірювання не впливає довжина провідних дротів, так як в моменти компенсації струм кола термопари дорівнює 0.
Компенсаційний метод заснований на ІІ законі Кірхгофа (мал.9-1)
Якщо замкнути ключ К1, то на ділянці з відомим опором Rн та на паралельній йому ділянці термопари з’являється падіння потенціалу U, величину якого можна регулювати за допомогою реостaта R. Нехай при температурі спаїв термопари t1 та t2 (t1<t2) в ній створюється термо-ЕРС, напрям якої протилежний напряму падіння потенціалу, що створюється на цій ділянці батареєю Б. Тоді за другим законом Кірхгофа
I1R1+IRм=E.
Реостатом R можна підібрати такий опір що струм І1 на ділянці термопари буде дорівнювати нулю (І1=0). Таким чином
E=IRм. (2)
Величина струму І може бути розрахована за показами вольтметра Uv та невідомим опором вольтметра Rv:
.
Підставивши значення I в (2), отримаємо
, (3)
де Rv - опір вольтметра (написано на вольтметрі);
Rм = 0.40.5 Ом (задається магазином опорів);
Uv – показ вольтметра.
Зібрати коло за схемою мал.9-1.
. (4)
Вивчення температурної залежності опору терморезисторів
Мета роботи: вивчення залежності опору напівпровідникового резистора від температури; отримання градуювальної кривої та визначення температурного коефіцієнта терморезистора
Терморезистор – це теплозалежний резистор, що виготовлений з напівпровідника та має високий негативний температурний коефіцієнт.
Тверді тіла за електричними властивостями можуть бути поділені на три класи: метали, напівпровідники, ізолятори. Напівпровідники займають проміжне місце за величиною питомої елетропровідності між металами та ізоляторами. Основною та характерною властивістю напівпровідників є здатність їх електропровідності змінюватись під дією різних факторів: температури, освітлення, поділу і т.д.. Електропровідність напівпровідників різко зростає з підвищенням температури, в той час як в металах вона спадає.
В металах, навіть при самих низьких температурах вже є велика кількість (1023м-3) вільних електронів. Тепловий рух в утворенні електронів провідності в металах не має суттєвого значення, та концентрація електронів провідника, таким чином, практично не залежить від температури. Електропровідність метала, як показує досвід, зменшується зі збільшенням температури. Цю закономірність легко зрозуміти, аналізуючи формулу для питомої електропровідності
=neu0, (1)
де n – концентрація носіїв струму;
e – заряд електрону;
u0 – рухомість носіїв струму (середня швидкість, яку набуває носій заряду в електричному полі напруженість якого дорівнює одиниці), яка падає з підвищенням температури.
Зовсім інакшою є справа у випадку напівпровідників, коли концентрація носіїв струму сильно залежить від температури. На мал.12-1 показана картина появи провідності напів провідника при нагріванні. Тут показана енергетична модель напівпровідника з зображеними на ній полосами енергій, які можуть мати електрони в напівпровіднику, так званими валентною зонами та зоною провідності. Ці зони дозволених значень енергії відокремлені один від одного інтервалом заборонених значень енергії – забороненою зоною. Ширина забороненої зони позначена W0. В напівпровідниках рівні валентної зони повністю зайняті електронами—зона заповнення. Тому для того, щоб збільшити енергію електрона, необхідно надати йому енергію не меншу, ніж W0, виконуючи, наприклад нагрівання напівпровідника (мал.12-1,а). При цьому виникають носії струму: електрони та “дірки“. Їх концентрація зростає з температурою за законом
, (2)
де W0 – ширина забороненої зони;
k – стала Больцмана;
Т – абсолютна температура.
Провідність, що виникає в результаті переходу електронів з верхніх рівнів валентної зони в зону провідності, називається власною.
Якщо в основній кристалічній решітці напівпровідника є домішкові атоми, то в забороненій зоні утворюються вузькі (локальні) енергетичні рівні. На мал.12-1, б та в представлені два найбільш цікаві випадки, коли домішкові рівні розташовані або поблизу дна зони провідності, або поблизу валентної зони. В першому випадку електрони домішкових атомів можуть закидуватися при нагріванні з цих рівнів у зону провідності, інакше кажучи, вони можуть відриватися від домішкових атомів та блукати по кристалу. Так виникає домішкова електронна провідність. Необхідна для цього енергія Wq – енергія іонізацій домішку—дорівнює інтервалу від домішкового рівня до дна зони провідності. Вона звичайно набагато менше енергії збудження власної провідності. Домішки, які доставляють електрони в зону провідності, називаються донорами, а енергетичні рівні цих домішок – донорними рівнями. В цьому випадку концентрація електронів провідності змінюється за законом.
Мал.12-1,в дає уявлення про напівпровідник, в якому локальні незаповнені рівні розташовуються поблизу валентної зони. На відміну від попереднього випадку теплове збудження буде насамперед переводити електрони з валентної зони на ці порожні домішкові рівні. Носіями струму будуть “дірки” валентної зони, і тому електропровідність називають дірковою. Домішки, що “захоплюють“ електрони з валентної зони та називаються акцепторами, а їх енергетичні рівні – акцепторними рівнями. Концентрація “дірок” провідності та при цьому зростає з температурою за законом , де WÀ – енергія іонізації акцепторів. Походження типів провідності пояснюється в роботі Е–11.
Зауважимо, що енергетична модель ізолятора така ж, як на мал.12-1, а, лише ширина забороненої зони Wq буде для ізолятора приблизно на порядок більше.
Якщо уявити, що в напівпровіднику відсутні домішки (власний напівпровідник), то кількість електронів в зоні провідності, що дорівнює кількості “дірок” в заповненій зоні, як зазначалося вище, буде пропорційна .
Питому електропровідність згідно з формулою (12-1) можна записати у вигляді
. (3)
Тут 1 можна вважати практично сталою для даного примірника, оскільки рухомість носіїв струму залежить звичайно від температури значно слабше (степенева функція температури), ніж їх концентрація (експонента з показником , як правило, значно більше одинці). При наявності домішків в напівпровіднику провідність при низьких температурах буде головним чином обумовлено електронами або “дірками” домішку, тому що енергія їх іонізацій значно менша ширини забороненої зони.
Питома електропровідність в цьому випадку
, (4)
де W – енергія іонізації домішку, рівна Wд або WА.
Величину 2, так само, як і 1, можна вважати сталою при умові, що W 2kT. При підви щенні температури концентрації домішкових носіїв струму швидко досягає насичення. Це означає, що звільнюються усі донорні або заповнюються електронами усі акцепторні рівні. Разом з тим, з ростом температури все в більшій мірі починає проявлятися власна провідність. Тому електропровідність напівпровідника складається з власної та домішкової провідності:
. (5)
При низьких температурах переважає другий доданок (домішкова провідність), при високих — перший (власна провідність).
Як видно з виразів (12.3)–(13.5), для напівпровідників питома електропровідність або обернена їй величина — питомий електричний опір – значно залежить від температури. В цьому й полягає цінна властивість терморезисторів, які знайшли широке застосування в науці та техніці. Використання терморезисторів в якості термометрів опору дає помітні переваги в порівнянні з іншими термометрами опору (наприклад, платиновими). До таких переваг слід віднести:
Відносно прості пристрої з терморезисторами дозволяють виявити зміни температури до 0,00050.
Терморезистори застосовуються також в реле часу, стабілізаторах напруги та інших пристроях електронної техніки та автоматики.
Використовуваний в лабораторній роботі терморезистор типу ММТ-4 виготовлений з MnO4 та CuO. Його будова показана на мал.12-2. Напівпровідниковий стержень 5 вміщений в литий металевий герметичний корпус циліндричної форми з червоної міді. Металевий контакт 7 на напівпровідниковому стержні впаяний в корпус за допомогою олов’яно-свинцевого сплаву 2, і, таким чином, корпус терморезистора є одним з його виводів. Для зручності підключення терморезистора в схему до його корпусу приварено дротяний вивід 8. Другий дротяний вивід 1 від верхнього ковпачка терморезистора виходить з корпуса через впаяний в нього скляний ізолятор 3. Для покрашення теплопередачі між внутрішніми стінками корпуса терморезистора та напів провідниковим стержнем на останній намотана 6, яка заповнює простір між стержнем та внутрішніми стінками корпуса.
Основною характеристикою терморезистора є температурна залежність його опору. В робочому діапазоні температур вона визначається виразом
, (6)
де RT – величина опору, що відповідає температурі Т;
А – сталий коефіцієнт, що характеризує фізичні властивості матеріалу та геометрію терморезистора;
В – стала величина, що характеризує властивості напівпровідника та визначає його теплову активність. Зі співставлення формул (12.3) або (12.4) та (12.6) випливає, що ця величина пропорційна ширині забороненої зони напівпровідника.
Визначивши експериментально опір терморезистора для температур Т1 та Т2, можна обчислити величину В:
; (7)
.
Стала величина В характеризує температурний коефіцієнт опору Т , який визначається виразом
. (8)
Використовуючи вираз (12.6), можна отримати
. (9)
Схема вимірювальної частини установки для дослідження характеристик терморезистора представлена на мал.12-3.
За законом Ома для ділянки кола випливає, що падіння напруги залежить від величини струму та опору ділянки кола. При цьому, якщо струм підтримувати сталим, падіння напруги буде пропорційним опору ділянки кола. Та більше того, якщо задати струм стабілізації Істаб=1мА, а опір терморезистора вибрати рівним R кОм, то падіння напруги на такій ділянці:
U=IстабR=10-3AN103Oм=NB, (10)
т.т. вольтметр, підключений до такого терморезистора, буде вимірювати падіння напруги (в вольтах), яке чисельно дорівнює опору терморезистора (в кілоомах)
Як видно з мал.12-3, вхідний опір вольтметра підключений паралельно опору , тому при вимірюванні опорів таким методом повинна виконуватись умова
Практично досить. що
В цій роботі використано терморезистор ММТ-4–5,1кОм. Вхідний опір вольтметра на межі 10 В Rвх=106Ом.
Ознайомитися з призначенням органів керування вольтметра та стабілізатора струму.
Увага! Вмикати тумблер “НУЛЬ” при вимірюванні напруги заборонено.
Зауваження:
Прогрівання вольтметра та стабілізатора струму рекомендується виконувати одночасно.
Як вже зазначалось, терморезистори мають теплову інерційність, тому необхідно змінювати температуру якомога повільніше.
Побудувати графіки залежності lgRT=f(T) (для нагрівання та охолодження на одному аркуші).
За формулою (12.7) обчислити сталу В для 4-5 значень температури заданих викладачем.
Використовуючи формулу (12.9) або графічно, визначити Т та побудувати графік залежності Т =(Т).
Похибку визначення сталої В визначити по середньому.
Що являє собою терморезистор?
Чим відрізняються напівпровідники та діелектрики (ізолятори)?
Що називають шириною забороненої зони?
Що таке донори та акцептори?
Що називають власною та домішковою провідностями?
Які переваги має терморезистор в порівнянні з платиновим термометром опору?
За якою формулою визначається опір терморезистора?
Чому покази цифрового вольтметра чисельно рівні опору терморезистора?
Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики.т.ІІ—М.:Наука, 1972.—с. 173-186.
Нечаев Г.К. Полупроводниковое термосопротивление в автоматике.—К.:Изд-во техн. лит., 1962.—с.8-19.
Визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі.
Мета роботи: визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі методом додавання магнітних полів.
Магнітне поле Землі складається зі сталого та змінного магнітних полів. Змінне магнітне поле, як правило, не перебільшує 1% від сталого.
Стале магнітне поле в різних точках землі різне. Найбільш наочно воно виявляється в своїй дії на магнітну стрілку. В кожній точці Земної кулі магнітна стрілка встановлюється в певному положенні, вказуючи своїм північним кінцем на південний полюс Землі.
Магнітні полюса Землі не співпадають з географічними та з часом змінюють своє положення. Вивчення порід минулих геологічних епох показала, що магнітне поле Землі декілька раз змінювало свій напрямок. Причини цього, як і самого існування магнітного поля Землі, поки що не вивчено.
Як і всяке поле, магнітне поле Землі характеризується вектором напруженості . Якщо підвісити магнітну стрілку так, щоб точка підвісу припадала на центр тяжіння стрілки, то вона встановиться в напрямку вектора напруженості магнітного поля Землі, т.т. по дотичній до силової лінії до силового поля. На магнітному екваторі стрілка встановлюється горизонтально, а на магнітних полюсах - вертикально. У всіх інших місцях земної кулі стрілка буде нахилена під деяким кутом до горизонту. Тому вектор можна розкласти в горизонтальному та вертикальному напрямках (мал.12-1). Кут між напрямками вектора та площиною горизонту називається кутом нахилу, а кут між напрямком горизонтальної складової магнітного поля Землі Hr та площиною географічного меридіану — кутом схилу.
Горизонтальна складові магнітного поля Землі Hr має максимальне значення (біля ) в області магнітного екватора та спадає до нуля на магнітних полюсах.
Магнітне поле Землі не залишається сталим, а має добові, річні та вікові коливання.
Горизонтальну складову магнітного поля Землі можна визначити за допомогою тангенс-бусолі. Влаштований цей прилад таким чином:
На кільце, зроблене з неферомагнітного матеріалу та закріплене в вертикальній площині, намотано N витків дроту, кінці якого підведені до затискачів. В центрі кільця горизонтально встановлена бусоль (компас).
Перед роботою поворотом усього приладу кільце слід розташувати в площині магнітного меридіану, т.т. так, щоб стрілка бусолі знаходилась в площині кільця (навпроти нуля шкали).
Якщо струм в обмотці кільця відсутній, стрілка знаходиться під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі Hr.
При пропусканні струму через обмотку кільця виникає магнітне поле, яке направлене перпендикулярно площині кільця. Повна напруженість магнітного поля в центрі кільця буде дорівнювати геометричній сумі напруженостей магнітного поля струму та горизонтальної складової магнітного поля Землі . Магнітна стрілка встановлюється вздовж вектора результуючого напруження, т.т. повертається на деякий кут відносно площини кільця (мал.12-2). З малюнка видно, що
. (1)
Напруженість магнітного поля в центрі кругового струму визначається за формулою
.
де I – сила струму у витку, А:
R – радіус витка, м.
Якщо на кільце намотано N витків, то
, (2)
де d – діаметр кільця.
Підставивши вираз (2) в рівняння (1), отримаємо
,
звідки .
Зібрати коло з послідовно під’єднаних тангенс-бусолі, амперметра, реостата, ключа та джерела струму.
|
№ з/п |
Число витків N |
Сила струму I |
Кут |
Діаметр кільця d |
Горизонтальна складова магнітного поля Hr |
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
Похибку Hr розрахувати за середнім значенням з трьох значень Hr.
Куди вказує магнітна стрілка своїм північним кінцем?
Чим характеризується магнітне поле Землі?
Як встановлюється магнітна стрілка, підвішена так, щоб точка підвісу припадала на центр тяжіння стрілки?
Що називається кутом нахилу?
Що називається кутом схилу?
Яким приладом можна визначити горизонтальну складову магнітного поля?
Чому дорівнює повна напруженість магнітного поля в центрі кільця, який містить N витків?
В яких одиницях в СІ вимірюється напруженість магнітного поля?
Яка формула для знаходження напруженості магнітного поля в центрі кругового струму?
Яким методом визначається похибка Hr горизонтальної складової магнітного поля?
Путилов К.А. Курс физики. Т.2.—М.: Физматгиз, 1963, стр.253-261.