Изучение принципа действия и

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

____________________________________________________________

Кафедра «Физика-2»

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Работы 19, 27, 72, 74, 75

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

 

 

по дисциплине «Физика»

М о с к в а - 2001

 

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) ____________________________________________________

________

 

Кафедра «Физика-2»

 

У тв е р ж д е н о

редакционно-издательским

советом университета

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Работы 19, 27, 72, 74, 75

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

 

по дисциплине «Физика»

для студентов всех специальностей

 

Под редакцией

канд. физ.- мат. наук, доц. А. П. ПРУНЦЕВ,

канд. физ.-мат. наук, доц Л.М. КАСИМЕНКО.

М о с к в а - 2001

 

УДК 537.8: 621.318.3

Э-45

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. Работы № 19, 27, 72, 74, 75:

Методические указания к лабораторным работам по

дисциплине “физика”. / Под ред..

А. П. Прунцева, Л.М. Касименко. - М.: МИИТ, 2001. - 74 с.

 

 

Методические указания соответствуют программе и учебным планам по курсу общей физики, в них представлены: краткая теория, задания к пяти лабораторным работам по физике и методика их выполнения.

 

 

Авторы и составители: В. Г. Колотилова (работа № 19),

Б. А. Курбатов,С. Г. Стоюхин (работа №27),

С. Г. Стоюхин (работы №72, 74),

А. П. Прунцев (работа № 75).

© Московский государственный

университет путей сообщения (МИИТ), 2001

 

Работа 19

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Цель работы: Изучение принципа действия электронной лампы и снятие характеристик диода и триода; определение параметров триода в отсутствие сопротивления в цепи анода.

Приборы и принадлежности. Исследуемая лампа, выпрямитель, миллиамперметр, вольтметры.

 

Введение

Электронная лампа представляет собой стеклянный, металлический или керамический баллон с впаянными металлическими электродами. В баллоне создается разрежение воздуха до давления порядка 10^-7 мм рт. ст. (примерно 10 Па). Один из электродов лампы (катод) накаливается пропусканием по нему электрического тока (прямой накал) или с помощью подогревного устройства (косвенный накал) и является источником электронов, покидающих поверхность металлического электрода.

Явление испускания электронов нагретыми телами лежит в основе работы электронной лампы и называется термоэлектронной эмиссией.

Катод лампы обычно изготавливается в виде нити из тугоплавкого металла. При нагревании катода электроны эмиссии образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд, так называемое электронное облако. Вблизи катода оно удерживается кулоновскими силами, которые возникают между электронным облаком и положительно заряженным в результате эмиссии электронов поверхностным слоем металла.

Второй электрод является анодом лампы. При положительном потенциале анода относительно катода электроны эмиссии движутся под действием электрического поля между катодом и анодом, и в лампе возникает электрический ток.

Присутствие пространственного заряда приводит к такому перераспределению потенциала между катодом и' анодом, которое оказывает тормозящее действие на электроны. С возрастанием положительного потенциала анода плотность электронного облака постепенно уменьшается и при некотором напряжении между катодом и анодом обращается в ноль. При этом движение электронов определяется электрическим полем, зависящим только от разности потенциалов между катодом и анодом и конфигурации электродов лампы.

Диод. Простейшей электронной лампой является диод (двух электродная лампа). Для того, чтобы диод пропускал электрический ток, катод должен иметь отрицательный, а анод - положительный потенциал. Перемена знака потенциала анода позволяет "запереть" лампу, т.е. прекратить прохождение тока через нее. Односторонняя проводимость диода используется для выпрямления переменного тока.

Важнейшей характеристикой диода является зависимость силы тока, текущего через лампу (анодного тока), от разности потенциалов между катодом и анодом (анодного напряжения). Ее называют вольтамперной или анодной характеристикой диода (ВАХ).

Анодный ток зависит от анодного напряжения и от температуры катода. При постоянной температуре катода анодный ток возрастает с увеличением анодного напряжения . Поскольку механизм возникновения электрического тока в этом случае отличается от механизма возникновения тока в проводниках, то зависимость анодного тока от анодного напряжения не описывается законом Ома.

На рис.1 представлена типичная вольтамперная характеристика диода. Для участка кривой abc характерно нелинейное возрастание анодного тока, на участке cd анодный ток почти не изменяется при увеличении анодного напряжения. Это объясняется тем, что при некотором анодном напряжении подавляющее число электронов эмиссии достигает анода, и лишь незначительная их часть рассеивается, не достигнув анода.

Максимальное значение анодного тока при данной температуре катода называется током насыщения лампы. Сила тока насыщения численно равна заряду всех электронов, испускаемых катодом в единицу времени:

,

где n - число электронов, испускаемых катодом в единицу времени,

e величина заряда электрона.

 

 

Рис.1. Вольтамперная характеристика диода

Плотность тока насыщения зависит от температуры катода и работы выхода электрона из металла. Эта зависимость выражается формулой Ричардсона-Дэшмана:

, (1)

где В - эмиссионная постоянная, одинаковая для всех металлов;

Т - абсолютная температура катода;

k - постоянная Больцмана;

А - работа выхода электрона из металла.

Таким образом, увеличение напряжения накала вызывает повышение температуры катода, и, следовательно, возрастание анодного тока при всех значениях анодного напряжения, в том числе и тока насыщения.

Зависимость анодного тока от анодного напряжения на участке кривой ab (см. рис.1) приблизительно может быть описана законом Богуславского-Ленгмюра, называемым "законом трех вторых":

, (2)

где В' - коэффициент, зависящий от формы и взаимного расположения катода и анода при прочих одинаковых условиях.

Семейством анодных характеристик диода (ВАХ) является совокупность графиков, изображающих зависимости анодного тока от анодного напряжения U при различных фиксированных напряжениях накала U , т.е.

при =const.

Триод. Это электронная лампа с тремя электродами (катод, анод, сетка). Сетка расположена между катодом и анодом вблизи катода. При этом между сеткой и катодом создается сильное электрическое поле. Поэтому влияние потенциала сетки на анодный ток более значительно, чем влияние потенциала анода.

Назначением сетки является управление анодным током лампы (отсюда название сетки - управляющая или управляющий электрод). При положительном потенциале сетки усиливается ускоряющее электрическое поле между катодом и анодом, и анодный ток увеличивается, а при отрицательном - это поле ослабляется, и анодный ток уменьшается по сравнению с током лампы при нулевом потенциале сетки. При некотором отрицательном потенциале сетки ток через лампу прекращается, т.е. лампа оказывается "запертой".

Минимальное по абсолютной величине и отрицательное по знаку напряжение между сеткой и катодом, при котором ток через лампу не течет, называется напряжением запирания.

При постоянном напряжении накала катода анодный ток в триоде зависит от разности потенциалов между катодом и анодом (анодного напряжения) и напряжения между сеткой и катодом (сеточного напряжения) , т.е. является функцией двух переменных:

) при =const.

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при фиксированном значении сеточного напряжения и неизменном напряжении накала катода называется анодной характеристикой триода (рис.2, а):

при =const и =const.

Зависимость анодного тока от сеточного напряжения при фиксированном значении анодного напряжения и неизменном напряжении накала катода называется анодно-сеточной характеристикой триода (рис.2, б):

при =const и =const.

Важнейшими параметрами триода являются: внутреннее сопротивление R , крутизна анодно-сеточной характеристики S и коэффициент усиления лампы . Эти параметры зависят от сопротивления в цепи анода. В данной работе сопротивление в цепи анода отсутствует. Такой режим и параметры, соответствующие ему, называются статическими.

Выясним смысл перечисленных параметров триода, для чего рассмотрим зависимость анодного тока от анодного и сеточного напряжения при постоянном напряжении накала катода.

Полный дифференциал анодного тока:

 

. (3)

Индексы при частных производных означают, что в первом слагаемом дифференцирование производится при U =const, а во втором - при =const.

Внутреннее дифференциальное сопротивление R лампы определяется из соотношения:

, (4)

и показывает, на сколько вольт надо изменить анодное напряжение при неизменном сеточном, чтобы анодный ток изменился на единицу.

 

 

 

Рис.2. Анодная (а) и анодно-сеточная (б) характеристики триода

 

Величина

(5)

называется крутизной анодно-сеточной характеристики; она показывает скорость изменения анодного тока при изменении потенциала сетки, когда анодное напряжение постоянно.

Отношение

(6)

позволяет сравнить влияние приращений анодного и сеточного напряжений на анодный ток и называется коэффициентом усиления лампы. Из формул (4), (5) и (6) видно, что

(7).

Приведенные параметры триода определяются по измеренным анодным и анодно-сеточным характеристикам.

На рис.3 представлено семейство анодных характеристик триода.

Кривые 1 и 2 сняты при близких значениях сеточных напряжений U и U . Для определения параметров триода на графике выбирается некоторое значение анодного тока в пределах прямолинейной части характеристик I и II (точка А). Через эту точку проводится прямая, параллельная оси абсцисс, пересекающая кривые 1 и 2 (точки В, С), а через точку С проводится прямая, параллельная оси ординат, до пересечения с кривой 2 (точка D).

Характеристический треугольник BCD содержит все данные, необходимые для определения параметра триода:

.

 

 

По этим данным вычисляются

. (8)

Как указывалось выше, параметры триода можно определить и по анодно-сеточным характеристикам, представленным на рис. 4.

Из рис.4 следует, что

(9)

Чтобы иметь возможность сравнивать значения параметров, вычисленных по формулам (8) и (9), необходимо выбирать на рис.3 и 4 близкие режимы работы.

 

 

Рис.4. Анодно-сеточные характеристики триода.

 

Принципиальная схема включения лампы для снятия характеристик приведена на рис.5, где Л - исследуемая лампа; А - анод; С - сетка; К - катод; мА - миллиамперметр для измерения анодного тока; V и V - вольтметры для измерения анодного и сеточного напряжений; В - выпрямитель, являющийся источником питания лампы.

В режиме отключения сетки ( =0) лампа работает как диод. В режиме с включенной сеткой лампа работает как триод.

 

Рис.5. Принципиальная схема включения лампы.

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с установкой, измерительными приборами, определите цену деления приборов.

2. Ознакомьтесь с указаниями к работе, приведенными на стенде, и получите разрешение на включение установки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроены диод и триод?

2. Что такое термоэлектронная эмиссия?

3. Что такое пространственный заряд и какова его роль в работе лампы?

4. Что такое ток насыщения лампы и как он зависит от температуры накала катода?

5. Можно ли определить проводимость лампы, пользуясь законом Ома?

6. Каково назначение сетки в триоде?

7. Что такое анодная и анодно-сеточная характеристики лампы?

8. Что такое напряжение запирания триода? От чего оно зависит?

9. Назовите основные параметры триода. Каков их физический смысл?

10. Как определить параметры триода по анодным и анодно-сеточным характеристикам?

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Физический практикум. Под ред. В.И.Ивероновой.-М.:Физматгиз,1968.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики /М.:Высш.школа, 2000.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики в 3-х томах/М.:Наука,1977.-Т.З.

4. Калашников С.Г. Электричество/М.:Наука,1977.

5. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы/М.:Связьиздат,1960.

6. Дулин В.Н. Электронные приборы/М.:Энергия,1977.

РАБОТА № 27

ОСЦИЛЛОГРАФА

 

Цель работы: практическое изучение принципов работы электроннолучевого осциллографа, приобретение навыков работы с электронным осциллографом и изучение переменных низкочастотных электрических сигналов,

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, низкочастотный генератор электрических сигналов, фазовращающая цепочка, внешний источник, комплект проводов (перед использованием их необходимо проверить, ²прозвонить²).

 

Введение

 

В современной лабораторной практике широко применяется осциллографический метод исследования функциональной связи между двумя или более величинами, как электрическими, так и преобразованными в электрические. Достоинством осциллографического метода является его наглядность и безынерционность. В данной лабораторной работе изучаются зависимости от времени напряжений на различных элементах схем и формы сигналов.

Принцип действия электронного осциллографа. Основным элементом осциллографа является электроннолучевая трубка. Конструктивно электроннолучевая трубка представляет собой стеклянный баллон со специальными электродами, из которого откачен воздух. Она предназначена для создания узкого пучка движущихся электронов, управляемого в вертикальном и горизонтальном направлениях с помощью специальных электронных схем, находящихся внутри корпуса осциллографа, и индикации этого пучка на экране (дисплее). Внутри баллона помещены электронная пушка и две пары отклоняющих пластин. На дно трубки нанесен слой люминофора. Узкий электронный луч, попадая на люминесцирующий экран электроннолучевой трубки, создает на нем светящееся пятно.

Рис.1.

Действуя на электронный луч электрическими полями, через которые он проходит, можно заставить пятно перемещаться по экрану. Траекторию этого пятна называют осциллограммой. Блок-схема осциллографа приведена на рис. 1.

Рассмотрим отдельные узлы данной схемы. (Ручки управления соответствующими узлами, прорисованные на этой схеме, выведены на переднюю панель прибора.)

Назначение электронной пушки — создание узкого электронного пучка, вызывающего свечение люминофора экрана. Она состоит (рис. 2) из подогревного катода K, модулирую­щего электрода G и двух анодов А₁ и А₂.

 

 

Рис. 2.

 

Поток электронов, вылетевших из оксидного катода К, проходит отверстие-диафрагму цилиндра G. Так как на электроде G потенциал отрицательный (относительно катода), то изменяя величину его, можно управлять количеством электронов, проходящих через диафрагму, т. е. изменять яркость луча.

Пройдя диафрагму, слабо расходящийся пучок электронов попадает в поле, создаваемое анодом A_{1 .} Поле между A₁ и G таково, что под его воздействием пучок концентрируется подобно световому лучу, проходящему через оптическую линзу. Анод A₁ носит название фокусирующего анода. Далее электронный пучок проходит через анод A₂. Анод A₂ имеет положительный потенциал больший, чем анод A₁. Анод A₂ называют ускоряющим анодом. Электрическое поле между A₁ и A₂ создаёт вторую пару так называемых электростатических линз, которые окончательно собирают электронный пучок в узкий луч.

На рис. 2 показаны направления силовых линий электростатических полей и сечение эквипотенциальных поверхностей между электродами электронной пушки.

В первой половине пушки электроны испытывают концентрирующее действие, так как на них действуют силы, направленные нормально к эквипотенциальным поверхностям. В поле второго анода имеет место рассеивание электронов, но благодаря тому, что они летят с очень большими скоростями, влияние рассеивающего поля незначительно.

Питание электродов пушки (см. рис. 1) происходит через делитель напряжения от высоковольтного выпрямителя, собранного на полупроводниках. С помощью делителя осуществляется плавная регулировка яркости и фокусировка луча (см. ручки яркость и фокусировка).

Движение электронного луча управляется отклоняющими пластинами, которые состоят из двух пар плоских конденсаторов, расположенных перпендикулярно друг к другу. Пластины, управляющие движением луча по горизонтали, называют горизонтально отклоняющими, или X -пластинами, управляющие движением вверх и вниз - вертикально-отклоняющими, или У -пластинами. На пластины подаётся разность потенциалов, которая создает однородные электрические поля. Луч, проходя в этих полях, отклоняется под их влиянием, и светящийся след на экране смещается относительно центра.

Взяв отношение величины смещения луча на экране Х₀ и У₀ к смещающему напряжению на пластинах U получают величину чувствительности трубки по соответствующей паре пластин:

 

;

 

Чувствительность трубки зависит от длины l, соответствующей пары пластин, расстояния d между пластинами, рассто­яния L от пластин до экрана и потенциала второго анода U_{A :}

 

_.

 

Величины чувствительности указаны в паспорте осцилло­графа.

Начальное положение луча на экране можно установить с помощью сопротивлений R₁ и R₂, которые включены парал­лельно пластинам Х и У. Когда движки находятся в середине R₁ и R₂ луч попадает на середину экрана. Перемещением движка потенциометра R₁ смещают луч вверх и вниз, движком R₂ - вправо и влево. Управление движками производит­ся ручками «смещение X» и «смещение У» (см. рис. 1).

Разность потенциалов между катодом и корпусом осцилло­графа равна - 1000 B. В целях безопасности работ плюс выпрямителя питания трубки соединен с корпусом.

На внутренней поверхности стекла трубки нанесено гра­фитовое покрытие, соединенное с анодом A₂. Графитовое по­крытие служит экраном, защищающим электронный луч от внешних электростатических полей, и одновременно оно при­тягивает вторичные электроны, выбиваемые из экрана трубки.

Включение исследуемого сигнала. Исследуемое напряже­ние подается на «вход У» и через «усилитель У» — на верти­кально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (см. рис. 1). Во избежание перегрузки первой лампы усилите­ля на входе имеется реостатно-емкостной делитель с коэффи­циентом деления 1: К (1: 1, 1: 10, 1: 100), который показыва­ет, во сколько раз уменьшается входной сигнал, пройдя де­литель. Если источник исследуемого напряжения требует низкоомный вход, то переключатель входного делителя «50 Ом » включает сопротивление 51 Ом параллельно входу. Величину входного сигнала можно плавно регулировать потенциомет­ром «усиление».

Генератор развертки. В большинстве случаев осциллограф служит для наблюдения изменения исследуемого напряжения во времени. Для этого на горизонтально-отклоняющие пластины подается напряжение, изменяющееся линейно во време­ни. Оно создается генератором развертки, который может ра­ботать при исследовании периодических процессов в режиме непрерывной развертки и в режиме ждущей развертки для ис­следования одиночных сигналов. Переключение генератора в соответствующий режим производится переключением ручки «род работы».

Непрерывная развертка создается генератором развертки, напряжение которого имеет пилообразную форму. Рассмотрим, в чем заключается необходимость в такой форме сигнала. Пусть напряжение на вертикально отклоняющих пластинах изменяется по закону:

а на горизонтально отклоняющих пластинах линейно возрастает в течение периода исследуемого сигнала по закону:

где величины и w -могут быть заданы.

Тогда отклонения электронов в направлениях осей Х и Y соответственно равны:

 

X=x_0×t; (1),

Y=Y₀sinwt (2)

 

 

Исключая из уравнений (1) и (2) время, получим уравнение траектории движения электронного луча в плоскости X, Y в виде:

.

Это означает, что траектория электронного луча имеет вид, соответствующий временной зависимости разности потенциалов электрического сигнала, поданного на вертикально отклоняющие пластины, т. е. сигнал оказывается развернутым во времени. На Рис.3.а показана форма сигнала, подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины с генератора развертки (Рис. 1). Спустя время, равное периоду развертки T_p траектория пучка электронов повторяется. Условием периодического повторения траектории движения электронов является равенство T_p периоду сигнала, подаваемого на вертикально отклоняющие пластины T_c

Рис.3.

Регулировка частоты развертки производится двумя ручками. Ступенчатая - переключателем «развертка», который переключает конденса­торы в цепи RС генератора развертки и имеет диапазоны, указанные на внутренней шкале переключа­теля «развертка». Плавная регулировка осуществляется по­тенциометром «частота плавно», регулирующим изменение со­противления в цепи RС внутри каждого диапазона.

Чтобы изображение на экране осциллографа казалось не­подвижным (такой сигнал удобно исследовать), необходимо генератор развертки синхронизировать с подаваемым сигналом. Синхронизация -такой процесс, когда исследуемым сигналом влияют на частоту развертки так, что ее частота становится равной или кратной частоте исследуемого сигнала.

При исследовании импульсных процессов генератор пило­образной развертки переключается в режим ждущей разверт­ки. В режиме ждущей развертки генератор заперт (не даёт напряжения) до тех пор, пока на вход цепи синхронизации усилителя У не поступит внешний сигнал (см. рис. 1), В момент поступления сигнала, независимо от его длительности, генератор развертки включается на один цикл. По окончании цикла генератор опять запирается, ждет следующего сигнала. Длительность (в микросекундах) цикла развертки в этом режиме указана на внешней шкале переключателя «развертка».

Как при непрерывной, так и при ждущей развертках на модулирующий электрод G (см. рис.1) во время прямого хода ²пилы² с генератора развертки подается подсвечивающий импульс положительной полярности. Этим осуществляется усиление яркости луча во время прямого хода и гашение лу­ча во время обратного хода пилы.

Во время развертки середина пространства между отклоняющими пластинами должна иметь постоянный нулевой по­тенциал. Для этого служит фазоинверсный каскад, который понижает потенциал одной из Х-пластин, а потенциал вто­рой - повышает на такую же величину.

Аналогичный каскад имеет на своем выходе усилитель У.

При некоторых работах требуется включать осциллограф на развертку, подаваемую от постороннего источника напря­жения. Чтобы это осуществить, нужно подать на «вход X» на­пряжение от внешнего источника, предварительно отключив генератор внутренней развертки переключением тумблеров «род работы» на «усил.» и «род синхронизации» - на «внеш». Регулировка амплитуды сигнала внешней развертки и уровень его синхронизации исследуемым сигналом производится потенциометром «синхронизация».

В осциллографе предусмотрена возможность выполнения еще двух видов операций: измерение длительности и величи­ны напряжения исследуемого сигнала.

Продолжительность сигнала или его части можно измерить с помощью калибратора длительности (см. рис. 1), настроен­ного на различную частоту. Калибратор длительности вклю­чается переключателем «метки». Калибратор подает на моду­лирующий электрод G импульсы отрицательной полярности П-образной формы, которые запирают прохождение электро­нов через его диафрагму на короткое время через заданные промежутки времени. Периодичность включения меток време­ни указана на шкале переключателя «метки».

Измерение напряжения исследуемого сигнала производят сравнением изображения исследуемого сигнала с изображе­нием калибрационного напряжения. Для получения калибрационного сигнала, не зависящего от колебаний напряжений питающей сети, служит стабилизированный мост нелинейных сопротивлений. Часть синусоидального напряжения снимается с диагонали моста при помощи потенциометра, на ручке которого написано: «калибровка амплитуды». Калибрационный сигнал поступает на У -пластины через У -усилитель. Величи­на сигнала читается против указателя шкалы, расположенной над ручкой «калибровка амплитуды». Нижняя часть шкалы для удобства отградуирована в эффективном значении сину­соидального напряжения, а верхняя—в импульсном, которое больше эффективного в 2Ö2 раза.

В осциллографе предусмотрена возможность подачи ис­следуемых напряжений непосредственно на обе пары откло­няющих пластин. Для этого надо вынуть вилки В₁ и В₂; В₃ и В₄ из задней панели осциллографа (под откидной крышкой) и подать исследуемое напряжение непосредственно на верх­ние гнезда соответствующих пластин (см. рис. 1 ), но в данной работе эта возможность не используется.

Звуковой генератор. Источником исследуемого напряже­ния в данной работе является генератор звуковой частоты ГЗ-33 (или любой другой). Звуковой генератор создает напря­жение синусоидальной формы. Величина генерируемой часто­ты равна показанию большого лимба, умноженному на вели­чину декадного множителя.

В конструкции звукового генератора предусмотрена воз­можность изменения амплитуды выходного сигнала с помощью потенциометра «рег. выход, напряжения».

Генератор ГЗ-33, кроме того, имеет два делителя напряжения «затухание Дб» (ступенчатый) и «затухание» (плавный). Вольтметр на передней панели показывает эффектив­ное напряжение на выходе генератора при условии, что обе ручки «затухание» полностью выведены (поставлены на 0). Согласование выходного сопротивления генератора с входным сопротивлением осциллографа осуществляется потенциомет­ром «вых. сопротивление».

Порядок выполнения работы

1. Подготовка звукового генератора к работе:

1. Соедините шнур питания генератора с сетью.

2. Ручку «выходное сопротивление» поставьте на 50 О м.

3. Ручку «выходное напряжение» поставьте посередине шкалы.

4. Ручку «пределы ослабления» (по шкале в окошке) – ´1.

5. Соедините кабелем клеммы «выход генератора» и «вход У» осциллографа.

6. Ручку «расстройка %» поставьте на 0.

7. Внутренняя нагрузка — «выкл».

 

2. Подготовка осциллографа к работе:

1. Убедитесь в правильности установки переключателя се­ти на напряжение (220 В ) по показанию фишки, расположен­ной на задней стенке осциллографа.

2. Соедините шнур питания осциллографа с электрической сетью, а тумблер «сеть» поставьте в положение «вкл». Должен загореться подсвет шкалы «калибратор амплитуды».

3. После 2 — 3 минут разогрева прибора отрегулируйте яркость и фокусировку луча. Пятно или линия на экране долж­ны быть четкими и не иметь вокруг себя ореола.

Во избежание порчи экрана нельзя долго держать пятно на од­ном месте!

4. Чтобы создать движение луча по экрану, включите ге­нератор развертки, тумблером «род работы», поставив его в по­ложение «непр».

5. Ручками «смещение X» и «смещение У» поместите луч в середину экрана.

6. Включите звуковой генератор тумблером «сеть».

7. Величину вертикального смещения луча на экране, ос­циллографа отрегулируйте с помощью переключателя «дели­тель» и потенциометра «усиление». Величина сигнала по вер­тикали должна быть 25 — 30 мм.

8. Скорость развертки луча выбрать такую, чтобы наблю­дать одну или несколько неподвижных синусоид. Это дости­гается с помощью переключателя ручек «развертка», «часто­та плавно» и «синхронизация». Наблюдаемые осциллограммы должны быть зарисованы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроена электроннолучевая трубка?

2. Почему для временной развертки используется генератор пилообраз­ных колебаний?

3. Как создаются «метки» времени?

4. Как определяется величина поданного сигнала. Что называется амп­литудным, импульсным и эффективным напряжением?

5. Постройте фигуру Лиссажу для ^u_x =^u_y при j₀ =0.

6. Объясните способ получения сдвига фазы между двумя синусои­дальными процессами, использованный в работе.

 

Рекомендуемая литература.

1. Савельев И.В. Курс общей физики.(в 3-х т.)М.,Наука.1979-1989 г. т.1,2.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.М.,В.школа.1989,

2000 г.

3. Т.И. Трофимова. Курс физики. М. В. школа. 2000 г.

 

 

Работа №72

ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

 

Цель работы. Получить на экране осциллографа петлю гистерезиса, измерить ее параметры, снять кривую намагничивания.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, звуковой генератор, измерительная панель, калька, миллиметровая бумага (заготовить дома заранее), соединительные провода (получить у лаборанта).

 

Введение

 

Все вещества обладают магнитными свойствами, которые обнаруживаются при помещении их во внешнее магнитное поле B ₀. В этом поле они намагничиваются и создают дополнительное магнитное поле B ’. Результирующее поле в веществе будет равно:

 

B = B ₀+ B ’.

 

Рассмотрим причину возникновения дополнительного магнитного поля. Известно, что контур с током характеризуется магнитным моментом

 

p_m=IS,

 

где I - сила тока в контуре; S - площадь, ограниченная контуром.

Электрон в атоме движется вокруг ядра, поэтому его можно рассматривать как некоторый контур с током и рассчитать его орбитальный магнитный момент p_l. Классический расчет для круговой орбиты дает

 

 

где e -заряд электрона; u - его линейная скорость; r -радиус орбиты.

Если учесть условие стационарности орбит электрона в теории атома, данной Бором ( где n =1,2,3,...), то орбитальный магнитный момент электрона можно записать так:

_в,

 

Величина _в = 0,927 10^-23 А×м² служит единицей измерения магнитных моментов микрочастиц; ее называют магнетоном Бора.

Более точный расчет орбитального магнитного момента элек­трона в атоме дает квантовая механика. Согласно ее результатам

 

p_l = _в

где l – целое число, например, 0,1,2,....

Кроме орбитального, электрон обладает еще собственным (спиновым) магнитным моментом, связанным с существованием у него собственного момента количества движения (спина). Спиновый магнитный момент электрона равен

p_s=