Лабораторна робота № 4. Вивчення температурної залежності опору

Лабораторна робота № 4. Вивчення температурної залежності опору

металів та напівпровідників, та визначення енергії активації.............................30

Лабораторна робота № 5. Визначення питомої електропровідності

електролітів та її залежності від концентрації та температури.............................34

Лабораторна робота № 6. Вивчення затухаючих коливань у

коливальному контурі...............................................................................................39

Лабораторна робота № 7. Вимушені коливання у коливальному

контурі........................................................................................................................46

Лабораторна робота № 8. Вивчення напівпровідникового діода..............53

 

Частина 2. Магнетизм.

Лабораторна робота № 9. Визначення питомого заряду

електрона методом магнетрона................................................................................58

Лабораторна робота № 10. Визначення горизонтальної

складової магнітного поля землі..............................................................................65

Лабораторна робота №11. Ефект Холла у напівпровідниках....................71

Лабораторна робота № 12. Дослідження намагнічування феромагне-

тиків за допомогою осцилографа.............................................................................79

Лабораторна робота № 13. Експериментальна перевірка закону

Кюрі-Вейса.................................................................................................................86

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ. ОЦІНКА ПОХИБОК.

При вимірюваннях значення фізичних величин подаються у вигляді чисел, які вказують, у скільки разів ця величина більша чи менша за іншу величину, значення якої прийнято за одиницю.

Отримання надійних чисельних значень фізичних величин не є легкою задачею, так як при вимірюваннях завжди виникають багаточисленні похибки.

Вимірювання поділяються на прямі та побічні. Прямі вимірювання проводяться за допомогою приладів, які вимірюють саму невідому величину.

При побічних вимірюваннях величина обчислюється за результатами вимірювань інших фізичних величин, пов’язаних із величиною що вимірюється деякою відомою функціональною залежністю.

Якість вимірювань визначається їх точністю. При прямих вимірюваннях точність дослідів встановлюється при аналізі точності метода і приладів, а також із повторюваності результатів вимірювань. Точність побічних вимірювань залежить як від надійності даних, що використовуються для розрахунків, так і від структури формул, які пов’язують ці данні з величиною що досліджується.

Визначити істинне значення фізичної величини з абсолютною точністю неможливо. Точність вимірювань характеризується їх похибкою. Абсолютна похибка вимірювання розраховується як різниця між знайденим на досліді та істинним значенням фізичної величини:

Відносна похибка дорівнює відношенню абсолютної похибки до значення вимірюваної величини:

_×100%

Вона показує, яку частину величини, що вимірюється, складає середня абсолютна похибка і є величиною безрозмірною, виражається у відсотках.

 

Систематичні похибки.

 

Оцінку систематичних похибок експериментатор проводить, аналізуючи особливості методики досліду, паспортну точність приладів.

Межею вимірювання приладу називають те значення вимірюваної величини, при якому стрілка приладу відхиляється до кінця шкали. На практиці широко використовуються багатошкальні прилади, тобто прилади, що мають декілька меж вимірювань.

Ціна поділки приладу дорівнює значенню вимірюваної величини, яке призводить до відхилення стрілки на одну поділку приладу.

Чуттєвістю електровимірювального приладу називають відношення лінійного або кутового переміщення стрілки приладу до вимірювальної величини, що визвала таке переміщення:

,

де - лінійне або кутове переміщення;

- значення величини, що вимірюється.

Наприклад: при силі струму 3 А стрілка амперметра відхилилася на 12 поділок. Чуттєвість даного приладу до струму:

.

Систематичні похибки електровимірювальних приладів (амперметрів, вольтметрів, мостів, потенціометрів), визначають їх класом точності , який виражають в відсотках:

,

де - клас точності приладу;

- максимальна абсолютна похибка приладу;

- значення вимірюваної величини, що відповідає переміщенню стрілки на всю шкалу приладу.

Наприклад: сила струму 25 мА вимірюється міліамперметром, клас точності якого 0,5, зі шкалою 100 мА. Це означає, що при вимірюванні будь-якого струму в межах 0–100 мА, максимальна абсолютна похибка приладу не перевищує величини:

.

 

Так амперметр класу 0,5 дозволяє проводити вимірювання з похибкою, що не перевищує 0,5% від струму, що відповідає повній шкалі приладу. На усіх ділянках шкали – на її початку, в середині і в кінці – ця похибка одна й та ж. В наслідок цього рекомендовано вибирати прилад (або шкалу багатошкального приладу) таким чином, щоб стрілка приладу при вимірюваннях заходила за середину шкали.

Електровимірювальні прилади характеризуються класами точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 та інш. Якщо клас точності приладу не вказаний, то він приймається рівним 4.

В реальних дослідах присутні як систематичні так і випадкові похибки. Сумарна похибка знаходиться за формулою:

,

або

. (9)

 

Тоді результат вимірювань записується у вигляді:

 

. (10)

З рівняння (5) випливає, що безглуздо домагатися такого результату, при якому << . Навпаки, необхідне число вимірювань n можна визначити за умови і майже завжди достатньо вибрати .

В ситуації, коли всі систематичні похибки враховані, клас точності вимірювального приладу відомий і відсутні суттєві невідомі джерела систематичних похибок, можна сформулювати два правила вимірювання:

1. якщо систематична похибка значно перевищує випадкову, вимірювання достатньо проводити один раз.

2. при значних випадкових похибках (у зрівнянні із систематичними) вимірювання слід проводити стільки разів, щоб після статистичної обробки результатів випадкова похибка була меншою за систематичну.

 

Лабораторна робота № 1

 

Порядок виконання роботи.

 

1. Скласти робочу схему містка Уітстона, зображену на рис. 1.4.

 

 

Рис. 1.4 Робоча схема містка Уітстона.

 

2. Встановити повзунок D на середині реохорда.

3. Підібрати таке значення опору r ₀, при якому покази гальванометра наближаються до нульових значень. Підвищити чутливість вимірів переміщенням рухомого контакту реостату R, тобто збільшити напругу, що подається в діагональ АС. Тоді згідно (1.11)

 

.

4. Повторити балансування містка шляхом зміни положення повзунка реохорду. Зафіксувати в протоколі вимірювань значення r ₀ та довжину ділянки реохорду l.

5. Змінити за допомогою ключа К напрям струму у колі на зворотній та знов провести виміри ділянки реохорду l ₁.

6. Знайти середнє значення l ₁ для кожного з положень ключа, а потім усереднити результати вимірів.

7. Вказаним способом здійснити відповідні вимірювання для двох опорів r_{x 1} та r_{x 2} окремо. Після цього, з’єднати їх послідовно, потім паралельно і виконати вимірювання, передбачені п.п. 2÷5.

8. За знайденими величинами невідомих опорів r_{x 1} та r_{x 2} обчислити значення опорів при їх послідовному та паралельному з’єднаннях (r _посл., r _парал.). Порівняти результати розрахунку з даними, отриманими з досліду.

9. Оцінити похибки вимірів.

 

Дані вимірювання занести у таблиці:

 

 

R1	R2
R0(Ом)	L1(м)	L2(м)	Rx(Ом)	R0(Ом)	L1(м)	L2(м)	Rx(Ом)

 

R1, R2 (посл.з´єд.)	R1, R2 (парал.з´єд.)
R0(Ом)	L1(м)	L2(м)	Rx(Ом)	R0(Ом)	L1(м)	L2(м)	Rx(Ом)

 

Контрольні запитання

1. Що називають межею вимірювання приладу?

2. Як визначити ціну поділок вимірювального приладу?

3. Що таке клас точності приладу? Як визначити максимальну абсолютну похибку приладу?

4. Що називають чутливістю вимірювального приладу?

5. Зобразити принципову схему містка Уітстона. Пояснити, яким чином можливо виміряти опір за допомогою містка Уітстона.

6. Як залежить відносна похибка вимірювання невідомого опору від положення повзунка на реохорді містка Уітстона?

7. Що таке збалансований місток Уітстона?

8. Записати аналітичні вирази умов, за виконання яких забезпечує баланс містка Уітстона.

Література

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество. - М.: Наука, 1977.

2. Лабораторные занятия по физике. Під ред. Гольдина Л.Л. - М.: Наука, 1983.

 

Лабораторна робота № 3

 

Экспериментальна установка

 

Дослідження проводяться на діоді 4Ц14С. Радіус його катоду r _k = 0,15 мм, радіус аноду r _а = 1,15 мм, коефіцієнт b ² = 0,92. Повна висота аноду та катоду складає приблизно 20 мм, однак емісія електронів відбувається тільки з центральної частини катода, яка покрита оксидним шаром. Висота цього шару

l = 9 мм. Оскільки робоча частина катоду достатньо віддалена від його торців, електричне поле у цій частині з високою точністю можна вважати радіальним.

Схема експериментальної установки приведена на рис. 3.2.

Необхідна напруга подається від універсального джерела живлення. Анодна напруга вимірюється цифровим вольтметром В7-21А, а анодний струм - вольтметром В7-22А. Вольт-амперні характеристики діоду вимірюються при напругах на аноді від 0 до 60 В. У межах від 0 до 10 В анодна напруга регулюється потенціометром R₁,на макеті, поворотом ручки за годинниковою стрілкою. Після проходження точки з напругою 10 В подальше збільшення відбувається за допомогою регулятора R₂ на джерелі живлення.

Рис.3.2. Схема експериментальної установки.

Завдання.

1. Скласти схему, зображену на рисунку 3.2. Встановити перемикач режимів вольтметра В7-21А у положення, відповідно вимірюванню постійної напруги 100 В, а перемикач діапазонів вольтметра В7-22А у положення “20мА”.

Встановити всі ручки джерела живлення та потенціометрів R₁ і R₂ у крайнє положення поворотом проти годинникової стрілки.

2. Увімкнути живлення.

3. Встановити на амперметрі джерела живлення струм розжарювання 1,5А.

4. Дослідити вольт-амперні характеристики діоду у діапазоні 0 - 60 В. У діапазоні 0 - 5 В напругу вимірювати з кроком 0,5 В, у діапазоні від 5 до 10 В - кроками по 1 В, а у діапазоні 10 - 60 В - кроками по 5 В. Змінювати напругу у вказаних діапазонах відповідно потенціометрами R₁ і R₂.

5. Повторити вимірювання при струмах розжарювання 1,6 та 1,7 А.

6. Відобразити отримані результати у координатах I_a, U_a ^3/2. Знайти нахил прямолінійних ділянок характеристик та використати його для обчислення e/m електрону.

Дані вимірювання занести у таблицю:

	Ін = 1,5 А	Ін = 1,6 А	Ін = 1,7 А
U (B)	I (A)	I (A)	I (A)
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5

Контрольні запитання

 

1. Для яких значень анодної напруги справедливий закон “трьох других” та чому?

2. Як розподіляється потенціал у просторі між катодом та анодом при різних значеннях напруги?

3. Що має назву «робота виходу електрону»?

4. Яка схема розташування електродів діоду застосовується у роботі при виводі закону “трьох других”?

5. Як визначити e/m за вольт-амперною характеристикою вакуумного діоду?

6. Як розподілена напруженість електричного поля у вакуумному діоді між електродами?

Література

 

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. - М.: Наука, 1983, п. 101.

2. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1977, п. 157.

3. Лабораторные занятия по физике. /Под ред. Гольдина Л.Л. - М.: Наука, 1983.

 

 

Лабораторна робота № 4

Експериментальна установка

 

Рис. 4.3 Схема експериментальної установки.

Схема експериментальної установки приведена на рис. 4.3. Досліджуваний зразок 1 розташований у термостаті 4, температура якого вимірюється термометром 2. Для нагріву служить електрична плитка 3. Опір зразка вимірюється за допомогою цифрового вольтметра, який працює у режимі виміру опору.

 

Завдання.

Скласти схему експериментальної установки (рис. 4.3), спочатку взявши в якості досліджуваного зразка дротовий опір (резистор), який знаходиться у термостаті з водою, а потім в якості досліджуваного зразка взяти напівпровідник (термістор) в термостаті з маслом.

1. Зняти залежність опору резистора від температури R (T) через 10⁰ С, нагріваючи термостат від кімнатної температури до 70⁰ С.

2. Побудувати залежність R (T) на графіку та визначити температурний коефіцієнт опору a = 1 dR (Rd Т) ^-1для кількох точок. Визначити середнє значення a та похибку його вимірювання.

3. Замінити дротовий опір у схемі рис. 4.3 на термістор, який знаходиться у термостаті з маслом.

4. Зняти залежність опору напівпровідникового термістора, від температури змінюючи температуру від 20 до 100⁰С.

Для визначення енергії активації будується графік залежності ln R = f (1/T). З рівняння (4.4) слідує, що , тобто зводяться до вигляду і відображається у вигляді прямої в координатах , . Тангенс кута нахилу зазначеної прямої до вісі знаходиться з графіку як . З іншого боку (з формули). Таким чином, знайшовши чисельне значення з графіку легко обчислити Е_а.

Визначити енергію активації Е_а та похибку її вимірювання.

 

метал

напівпровідник

Дані вимірювання занести у таблицю:

tºC	R (Ом)	tºC	R (Ом)

 

Контрольні запитання

 

1. У яких межах лежить величина σ для металів, напівпровідників та діелектриків?

2. Як залежить величина електроопору від температури для металів?

3. Як залежить величина електроопору від температури для напівпровідників?

4. Чому дорівнює температурний коефіцієнт опору резистора?

5. Як визначити Е_а напівпровідника, користуючись графіком ln R =¦(1/T)?

6. Чим відрізняються метали від напівпровідників з точки зору зонної теорії провідності?

Література

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество. - М.:Наука, 1977, п. 99, 100.

2. Калашников С.Г. Електрика. – М.: Наука, 1985, п.60, 152, 153.

Лабораторна робота № 5

 

Завдання

1. Зібрати схему згідно рис. 5.4

2. Замкнувши ключ К, записати показання амперметра і вольтметра. Даний пункт виконати не менш трьох разів при різних значеннях сили струму.

3. Виконати вимірювання згідно п. 2 для трьох концентрацій електроліту.

4. Визначити питому електропровідність розчину за формулою

 

s = X / R,

 

де X= L / S - стала електрохімічного елементу;

L - середня відстань між електродами;

S - середня площа електродів, через яку проходить струм;

R= U / I - опір розчину.

5. Записати показання амперметра і вольтметра при підвищенні температури від кімнатної до 70⁰. Для цього поставити електрохімічну чарунку на плитку і виміряти температуру термометром. Провести вимірювання та обчислити s через кожні 10⁰.

6. Побудувати графіки s ( n ) і s ( T ) та оцінити помилку вимірювання.

Дані вимірювання занести у таблиці:

 

	5%	10%	15%
	U1	U2	U3	U1	U2	U3	U1	U2	U3
I(A)
U(B)
S – середня площа електродів
L – середня відстань між електродами

 

U1 = 4B

U2 = 6B

U2 = 8B

 

10%
U1	U2	U3
tºC	U (B)	I (A)	tºC	U (B)	I (A)	tºC	U (B)	I (A)

 

Контрольні питання

 

1. Дати визначення коефіцієнта дисоціації.

2. Який механізм дисоціації?

3. Що називається рухомістю іонів?

4. Які величини у виразі для питомої електропровідності (5.4) залежать від концентрації і які від температури та яким чином?

5. Яким чином в даній роботі визначається питома електропровідність розчину?

6. Чому дорівнює стала електрохімічного елементу? В яких одиницях вона виміряється?

Література

1. Калашников С.Г. Електрика. -М.: Наука, 1977, с.190-193.

 

Лабораторна робота № 6

 

Експериментальна установка.

 

Блок - схема експериментальної установки зображена на рисунку 6.3

 

 

 

Рис.6.3. Блок - схема експериментальної установки.

1 – блок живлення; 2 – звуковий генератор; 3 – перетворювач імпульсів; 4 – осцилограф.

 

Ємність С, котушка індуктивності L і магазин опорів R утворюють досліджуваний коливальний контур. Коливання в контурі спостерігаються за допомогою осцилографа. Для періодичного збудження коливань в контурі використовується генератор імпульсів. Імпульси заряджають конденсатор С. Після імпульсу в контурі виникають вільні затухаючі коливання. Вхідний опір осцилографа великий (близько 1 МОм), так що його впливом на контур можна знехтувати.

Параметри елементів:

L = 96,8 мГн, С = 100 нФ, R_L = 2 Ом.

 

Завдання.

 

1. Перед початком головних вимірювань перевірте справність осцилографа і генератора імпульсів. Для цього подайте сигнал з виходу звукового генератора на осцилограф і визначте при допомозі осцилографа частоту імпульсів. Порівняйте виміряне значення зі значенням частоти на регуляторі генератора. Потім підключить осцилограф до виходу перетворювача імпульсів та визначте тривалість імпульсу, його амплітуду та час між імпульсами.

2. Приступіть до вимірювання. За час вимірювання всі осцилограми занесіть у робочі зошити, вказуючи масштаб по обом осям:

а) зберіть схему згідно рисунку 6.3; підбираючи частоту і амплітуду синхронізації, отримайте на екрані осцилографа стійку картину затухаючих коливань;

б) перевірте справедливість (6.15). Для цього виміряйте період коливань по картині на осцилографі і обчисліть по формулі (6.15).Значення індуктивності, ємності і активного опору котушки індуктивності вказані на установці;

в) дослідіть залежність логарифмічного декременту затухання від величини повного омічного опору контуру (омічний опір котушки індуктивності плюс додатковий опір R, який вводиться у контур) для різних коливальних режимів аж до критичного (не менше чотирьох).

 

Контрольні питання

 

1. Що називають власною частотою, добротністю, логарифмічним декрементом затухання коливального контуру?

2. Яка площина називається фазовою площиною коливань?

3. Як визначити логарифмічний декремент затухання контуру по картині коливань у фазовій площині?

4. Отримайте формулу, яка зв’язує період коливань і опір коливального контуру R (при незмінних L і С). Покажіть, що R² і 1 /T² залежать один від одного лінійно. Як знайти R_кр по знайденій залежності?

5. Яким чином працює експериментальна установка по вивченню затухаючих коливань в коливальному контурі?

 

Література

 

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. т.3 Электричество -М.:Наука, 1983, п.122-124.

2. Калашников С.Г. Электричество. -М.:Наука, 1977, п.207-210.

3. Лабораторные занятия по физике. /Под ред. Гольдина Л.Л. -М.:Наука, 1983

 

Лабораторна робота № 7

 

Експериментальна установка.

 

 

Рис. 7.2 Схема для вимірювання резонансної кривої коливального контуру.

Резонансний контур складається з індуктивності L, ємності С і резисторів R, R ₁. Джерелом зовнішньої Е.Р.С. є звуковий генератор (ЗГ). Вертикальний вхід осцилографа приєднано до резистора R ₁, напругу на якому він вимірює. Значення елементів макета схеми таке: L =94.8 мГн, R_L =2 Oм, R ₁=79 Ом.

 

Завдання

1. Зібрати схему згідно рис 7.2.

2. Приєднати вертикальний вхід осцилографа до точки Х макета і перевірити працездатність генератора.

3. Дослідити резонансну криву коливального контуру.

3.1. Коливальний контур збирається з ємності С ₁ = 1нФ, значення якої встановлюється на магазині ємностей, і R = 10Ом на магазині опору. Змінюючи частоту генератора, отримати резонанс. Обчислити по формулі (7.3.) резонансне значення частоти контуру і зрівняти його з отриманим на досліді.

3.2. Вимірюючи амплітуду коливань на екрані осцилографа при різних значеннях частоти генератора, зняти сімейство залежностей амплітуди встановлених коливань від частоти зовнішньої напруги (резонансні криві) для

R = 10, 10², 10³, 10⁴ Ом.

3.3. Повторити вимірювання для ємності С ₂= 4нФ.

3.4. Накреслити отримані криві для кожного значення ємності на одному графіку, відкладаючи по осі ординат відношення амплітуди коливання, виміряної при зміні значень частоти генератора, до амплітуди, знайденої при резонансному значені частоти. По осі абсцис відкласти величину . Визначити добротність контуру по формулі (7.19).

Дані вимірювання занести у таблицю:

C1 = 1 нФ

R=10 Ом

R=10^2 Ом

R=10^3 Ом

R=10^4 Ом

Ω(Гц)

Ωр.

Ωр.

Ωр.

Ωр.

U(В)

 

C2 = 4 нФ

R=10 Ом

R=10^2 Ом

R=10^3 Ом

R=10^4 Ом

Ω(Гц)

Ωр.

Ωр.

Ωр.

Ωр.

U(В)

Контрольні питання

1. Вивести формулу (7.19).

2. Знайти часткове рішення рівняння (7.4), не переходячи до комплексних величин.

3. Отримати всі рівності (7.16), які визначають добротність контуру. У чому полягає фізичний зміст добротності?

4. Чому дорівнює власна частота коливального контуру, та його затухання?

5. Розкрити фізичний зміст сталої часу затухання?

6. Яким чином працює експериментальна установка по вивченню вимушених коливань у коливальному контурі?

 

Література

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. т.3 Электричество. -М.:Наука, 1983, п.124,127.

2. Калашников С.Г. Электричество. -М.:Наука, 1977, п.221,222,-210.

3. Лабораторные занятия по физике. /Под ред. Гольдина Л.Л. -М.:Наука, 1983.

Лабораторна робота № 8.

Завдання

 

1. Зібрати коло згідно рис.8.3

2. Ступінчатий та плавний регулятори вихідної напруги джерела ИСН-50 поставити в крайнє положення, повернути проти годинникової стрілки до упору.

3. Замкнути контакти перемикача К або у верхнє, або у нижнє положення.

4. Увімкнути в мережу ИСН-50, В7-22А, амперметр («І_пр.»). На В7-22А включити діапазон «20В».

5. Плавний регулятор напруги ИСН-50 повернути за годинниковою стрілкою до упору. Якщо на табло В7-21 напруга при цьому буде 0.4÷1.0В, значить, досліджуваний діод увімкнено у прямому напрямку. Якщо діод увімкнено у зворотному напрямку, на табло буде напруга 3÷6В. Повернути плавний регулятор вліво до упору.

6. Збільшуючи напругу ступінчатим регулятором ИСН-50, зняти вольт-амперну характеристику діода у прямому напрямку.

8. Вимкнути напругу до нуля, перемкнути полярність діода перемикачем К на зворотну, замінити амперметр на мікроамперметр («І_зв.»), на В7-22А включити діапазон «200В». Зняти зворотну характеристику діода до напруги 50В..

9. Замінити досліджений діод на діод другого типу та зняти для нього пряму та зворотну вольт-амперну характеристику. Побудувати графіки прямої та зворотної вітки ВАХ.

10. Визначити коефіцієнти випрямлення діодів для напруги 0.4В для діода з германія, та для напруги 0,9В для діода з кремнія.

Дані вимірювання занести в таблицю:

Германій	Кремній
прямий	зворотній	прямий	зворотній
U(B)	I (A)	U(B)	I(I0^-6 A)	U(B)	I (A)	U(B)	I (I0^-6 A)

 

Контрольні питання

 

1. Які структури мають нелінійні електричні властивості?

2. Яким чином можна отримати р-n перехід?

3. Накреслити ВАХ р-n-переходу. Пояснити її властивості.

4. Як працює експериментальна установка по вивченню електричних властивостей напівпровідникового діода?

5. Описати процеси, які проходять у р-n-переході в рівновазі та при різних полярностях підключеного джерела.

6. Яким чином напівпровідниковий діод випрямляє змінний струм?

7. Чому дорівнює коефіцієнт випрямлення випрямляча? Як повинен змінюватись коефіцієнт при збільшені к.к.д. випрямляча?

 

Література

 

1. Калашников С.Г. Электричество. -М. Наука, 1977, с. 203-205

 

ЧАСТИНА 2. МАГНЕТИЗМ.

Лабораторна робота № 9

 

Експериментальна установка

 

Рис. 9.4. Схема експериментальної установки.

 

Схема експериментальної установки на базі двохелектродної лампи Л з циліндричним анодом, спеціально виготовленої з немагнітних матеріалів приведена на рис. 9.4. Анод лампи складається з трьох металевих циліндрів однакового діаметру. Два крайніх циліндра, електрично ізольовані від середнього невеликими зазорами. Це використовується для компенсації крайових ефектів на торцях середнього циліндру, струм з якого вимірюється. Замість катоду використовується тонкий (діаметром 50 мкм) добре натягнутий вольфрамовий дріт, розташований по осях всіх трьох циліндрів анодної системи. Катод лампи розігрівається струмом від стабілізованого джерела струму. З цього джерела на анод лампи подається стала напруга (12-120В), яка регулюється за допомогою потенціометра та вимірюється вольтметром.

При вимірюваннях лампу вставляють у соленоїд. Струм, який проходить через соленоїд, вимірюється амперметром А. Індукція магнітного поля у соленоїді розраховується по струму, який протікає через обмотку соленоїду. Залежність індукції магнітного поля від струму соленоїда визначається таким чином. По визначенню, індуктивність дорівнює:

 

L = Ф / I, (9.13)

 

де - Ф = NBS - повний потік магнітної індукції;

N - кількість витків;

S - площа витка;

I - струм через соленоїд.

З другого боку, індуктивність соленоїду можна знайти за виразом

 

L = mm₀N²S / l, (9.14)

 

де l - довжина соленоїду.

З (9.13) та (9.14) можна отримати

 

B = mm₀NI / l (9.15)

 

Данні для обчислення: N = 2500, l = 168 мм, r_a = 3 мм, m ₀ = 4p10^-7 Гн/м, m = 1

 

Завдання

1. Увімкнути джерело струму лампи. Встановити на аноді лампи потенціал U _a=40В. Зняти залежність анодного струму I_a від індукції магнітного поля В у соленоїді.

2. Зняти таку ж залежність I_a=I_a(B) для 5-6 фіксованих значень U_a у діапазоні 40-120 В.

3. Використати отримані результати для накреслення сімейства кривих I_a(B). По графіку для кожного значення U_a визначити критичне значення індукції магнітного поля B_kp.

4. Накреслити на графіку залежність B_kp² від U_a. По кутовому коефіцієнту отриманої прямої визначити питомий заряд електрону e/m.

 

Дані вимірювання занести в таблицю:

 

 

	Uан.=40 В	Uан.=60 В	Uан.=80 В	Uан.=100 В	Uан.=120 В
Ісол.	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

 

Контрольні питання.

 

1. Які сили діють на електрон у експериментальній установці по визначенню питомого заряду електрону за допомогою методу «магнетрона»?

2. Як описується рух електрону в двохелектродній лампі в площині, перпендикулярній катоду при вимірюванні відношення e/m?

3. Яким чином описується радіальний рух електрону в двохелектродній лампі у «методі магнетрона»?

4. Який вигляд траєкторії електронів при B < B_kp, B = B_kp, B > B_kp в магнетроні?

5. Як визначається відношення e/m в «методі магнетрона»?

6. По якій траєкторії рухається заряд в магнітному полі при довільному напрямку початкової швидкості?

 

Література.

 

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. - М.: Наука, 1983, п. 98.

2. Парсел Е. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983, гл. 4, п. 4 - 6; гл. 6, п. 9.

3. Лабораторные занятия по физике. /Под ред. Гольдина Л.Л. - М.: Наука, 1983.

 

Лабораторна робота № 10

 

Завдання

1. Зібрати схему згідно рис.10.5

2. Повернути підставку тангенс-гальванометра, та встановити його витки по магнітному меридіану.

3. Увімкнути струм та, регулюючи реостатом його силу струму І, добитися відхилення стрілки на β=45⁰ відносно положення, яке було спочатку. Записати значення струму І.

4. Змінити напрямок струму у витках та повторити п.3, записати значення сили струму І, яке викликає відхилення стрілки.

5. Знайти середнє значення сили струму І _ср..

6. Виконати вимірювання не менше трьох раз, занести дані у таблицю:

 

Номер Вимірів	І	b	Ісер.	r,(см)	Н0	n,(шт)	Db
		45^0		7,5

 

7. Знайти Н₀ за формулою 10.3.

8.Обчислити відносну помилку вимірювань, використовуючи формулу:

.

 

Контрольні питання.

 

1. Що таке магнітне поле та яке його графічне зображення?

2. Описати магнітне поле Землі та привести його характеристики.

3. Як встановлюється намагнічена стрілка В у магнітному полі?

4. В чому є суть закону Біо-Савара?

5. Які одиниці сили струму та напруженості магнітного поля в Сі та СГСМ?

6. Розповісти про конструкцію та принцип роботи тангенс-гальванометра. В чому фізичний зміст сталої гальванометру.

7. Яким чином в цій лабораторній роботі підраховується величина ?

Література.

 

1. Калашников С.Г. Электричество. -М.:Наука, 1977, 8.

2. Элементарный учебник физики ТII M.:ШРАЙК,1995

 

Лабораторна робота №11.

 

Експериментальна установка.