Лабораторные работы по физике

	Загрузить архив:
	Файл: ref-23393.zip (139kb [zip], Скачиваний: 870) скачать

Министерство общего и профессионального образования

Российской       Федерации

Новгородский    Государственный      университет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра «Прикладная математика и информатика»

               

                 

                                              

               

Отчет

Измерение ЭДС источника тока методом компенсации

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студентгруппы  № 3311  

                                                                                                        Jannat

                  

                                 

                                                                    

                                                              

                                 

НовгородВеликий

2005

                                     Отчет по лабораторной работе № 1.5

«Измерение ЭДС источника тока методом компенсации»

Цель работы:

измерить ЭДС методом компенсации.

Основные понятия:

Условие возникновения постоянного тока в цепи – наличие свободных зарядов и разности потенциаллов. Поле кулдоновских сил не является причиной возникновения постояннго тока. Для того, чтобы на участке цепи возник ток, нужно, чтобы на свободные заряды действовали силы неэлектростатического происхождения. Такие силы – сторонние. Всякое устройство, в котором действуют сторонние силы, называется источником тока. Он необходим в любой цепи. Внтри источника тока свободные заряды движутся против сил электростатического поля, появляется разность потенциалов (φ) на полюсах и в цепи идет ток. Работа перемещения свободных зарядов – это работа сторонних сил за счет энергии источника (в гальваническом элементе – энергия химических процессов, в э/м генераторе – механическая энергия вращения ротора и т.д.).

Мерой действия сторонних сил источника тока является ЭДС(электродвижущая сила). ЭДС равна работе сторонних сил по перемещению одного положительного заряда q на участке цепи dl:

dA=Fdlcosα, где

F –сила, действующая на свободный заряд

dl – перемещение заряда

α – угол между вектором силы и перемещения

{Сила, действующая на свободный заряд есть результирующая сила поля кулоновских сил

Сила, действующая на единичный положительный заряд:

или

я.

Работа перемещения единичного заряда вдоль замкнутой цепи:

Циркуляция вектора напряженности:

работа перемещения заряда по замкнутому контуру, т.е. ЭДС(ε):

Методы измерения ЭДС:

1. Можноопределить ЭДС по закону Ома:

U – падение напряжения на внутреннем участке цепи (на полюсах источника)

J – сила тока в цепи

Отсюда: U= ε - J=0 U= ε.

2. Можно измерить с помощью катодного вольтметра
3. Измерить методом компенсации

Суть метода компенсации:

Подлежащая измерению ЭДС уравновешивается(компенсируется) известным падением напряжения на сопротивлении, включенном в цепь другого источника. В момент компенсации ток через исследуемый источник равен 0, т.к. потенциал точки А (рис. 1) равен потенциалу  положительного полюса источника

ε- вспомогательный источник тока

- исследуемый элемент

- магазины сопротивления

G– баллистический гальванометр

Выясним условия, при которых ε исследуемого элемента я падением напряжения на сопротивлении I, через сопротивление - I, сопротивление подводящих проводов от вспомогательной батареи – r, от исследуемого элемента -

По первому правилу Кирхгоффа:

I= i +

Применим второе правило:

Ii (r+

I

При компенсации сила тока через исследуемый источник равна 0я примут вид:

I=I,I+ i (+r+)= ε, I+ I(+r+ )=, I=

Значит, ε исследуемого элемента компенсируется падением напряжения на сопротивлении I:

I= ε /(r+Ir+

Теперь можно найти

Однако это сильно усложняет расчеты. Проще сравнить с ЭДС известного элемента, например, нормального элемента t° c. Если вместо ввести в схему я компенсации ЭДС на натак, чтобы =cоnst, т.е. R

Тогда ЭДС:

Ir+                    или

Таким образом, сравнение ЭДС двух элементов сводится к сравнению двух сопротивлений. В итоге результат не зависит от r.

Метод компенсации – точный метод. Он позволяет достигать точности 0, 03% от измеряемой величины.

Рабочая схема для измерения ЭДС методом компенсации:

Приборы и инструменты:

Ø

Ø

Ø

Ø R)

Ø G)

Ø

Ø

Ø при точной компенсации (

Ø

Рабочие формулы:

ЭДС неизвестного элементаI(1)

Т.к. I= 0,001А, то величина измеряемой ЭДС:(                                              

Величина сопротивления на первом магазине, при котором ЭДС нормального элемента скомпенсирована падением напряжения на нем при I=0,001А:

Величина напряжения на втором магазине:

Сопротивление на магазине R:R=(4)

Порядок выполнения и результаты:

1. яем величину по формуле(2):

2. Определяем величинупо формуле (3):

3. ε =6В. Определяем величину R по формуле (4): R= 6/0,001А -3000Ом=3000 Ом

4. Т.к. стрелка гальванометра оказалась не на 0; с помощью магазина сопротивления R был подобран такой ток в цепи вспомогательного источника, чтобы ток через гальванометр = 0.При этом R=3600 Ом.

5. При включении в цепь исследуемого элемента стрелка гальванометра оказалась не на 0; с помощью магазинов сопротивления и было достигнуто отсутствие тока через гальванометр. При этом

6. Определяем величину ЭДС исследуемого элемента по формуле (0,001А*1558,63 Ом=1,55863 В.

Формулы для расчета погрешностей:

Для магазинов сопротивления и при температуре t=20±2°С:

m – число декад магазина(m=6),

R- значение включ. сопротивления в Омах(=1558,63Ом, 1541,37 Ом )

Для магазина сопротивления R при мощности 0,5 Вт и температуре t=20±5°С:

m – число декад магазина(m=6),

R- значение включ. сопротивления в Омах(3600 Ом)

∆e_x /e_x=∆e_n /e_n + 2*(∆R/R)- погрешность при измерении ЭДС исследуемого элемента

Расчет погрешностей:

∆e_N= 0,00001В, погрешности приборов – магазины сопротивлений 0,02; Гальванометр – 1 деление.

∆ R₁’= (R₁’/100)*0,05 =0,2 Ом

∆ R₁= (R₁/100)*0,05 =0,26 Ом

Т. к. ∆e_x /e_x=∆e_n /e_n+ 2*(∆R/R) ,то   

∆e_x= e_x *(∆e_n /e_n+ 2*(∆R/R))= 1,55863*(0,00001/1,01863 + 0,2/1018,63 + 0,26/1558,63) =

= 1,55863*(0,000009817+0,0003628)= 1,55863*0,000372617=0,00058077203471 В

Итак,            e_x=(1,55863

Вывод:

Полученные данные, учитывая погрешность при вычислении, подтверждают точность метода компенсации и возможность нахождения ЭДС, применяя этот метод.

Министерство общего и профессионального образования

Российской       Федерации

Новгородский    Государственный      университет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра «Прикладная математика и информатика»

               

                

                                             

               

Отчет

Исследование электростатического поля

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студентгруппы  № 3311  

                                                                                                        Jannat

                  

                                 

                                                                    

                                                                            

НовгородВеликий

2005

Отчет по лабораторной работе № 1.1

«Исследование электростатического поля»

Цель работы:

Найти распределение потенциалов полей различных систем зарядов и построить силовые линии этих полей.

Основные понятия и законы:

Всякий неподвижный электрический заряд создаетв окружающей среде электростатическое поле(форма существование материи). Оно дейтсвует только на электрические заярды, следовательно, его можно обнаружить только при помощи пробного заряда.

Количественной характеристикой поля служит напряженность

я на пробный заряд,

- величина заряда.

Напряженность – векторная величина, ее направление зависит от знака пробного заряда. Для графического представления напряженности используются силовые линии(линии напряженности) – линии, в кажой точке которых направление касательных совпадает с вектором напряженности. Густота линий характеризует численное значение напряженности поля. Закон взаимодействия описан только для точечных зарядов:

- сила, действующая со торны первого заряда на второй,

- радиус-вектор от к

ε - диэлектрическая проницаемость среды,

- электрическая постоянная,

В свою очередь, для определения напряженности поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от него:

Пусть поле создано системой неподвижных зарядов я сила F, действующая на пробный заряд q, будет равна:

Полученное соотношение выражает принцип суперпозиции полей.

Другой метод расчета – по теореме Остороградского-Гаусса:

Ф=EScosα, где

Ф- поток через площадь S

Α – угол между направлением нормали и

Если поле однородно, то: Ф=EdScosα, полный потокФ=

Теорема Остроградского-Гаусса: Ф=

Можно подобрать форму замкнутой поверхности так, чтобы cosα=0, тогда Ф=ЕS,

Электростатическое поле обладает потенциальной энергией. Для описания энергетических свойств поля вводится потенциал φ: где - пробный положительный заряд.

При перемещении q меняется и потенциальная энергия:

или - это элемент длины силовой линии

Значит,

  -проекция вектора Е на направление премещения и mаx при направлен по касательной к силовой линии.

Величина - градиент потенциала.

В любом электростатическом поле можно выделить совокупность точек, потениал которых одинаков. Они образуют эквипотениацльную поверхность. Уравнение такой поверхности имеет вид: φ(x,y,z)= const

При перемещении по эквипотенциальной поверхности на отрезок потенциал не меняется (

Значит, в каждой точке поля я линия перпендикулярны к эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальную поверхность можно провести через любую точку поля. Приянто проводить так, чтобы разность потенциалов φ между любыми точками двух соседних эквипотенциальных поверхностей была одинаковой.

Чтобы объективно исследовать поле, строят его модель в подходящей среде.

Условия модели:

Е- напряженность в данной точке

γ – удельная проводимость электролита

- вектор плотности тока

Схема установки для исследования электростатического поля с помощью осциллографа и звукового генератора:

Приборы и инструменты:

Ø

Ø я ванна

Ø

Ø

Ø

Порядок выполнения и результаты:

Задание 1

Для плоских электродов

1. Помещаем один из зонтов в электролитическую ванну в точку В на оси X, другой зонт – вблизи точки В.

2. Перемещая зонд, находим точки, для которых отклонение луча на экране осциллографа минимально(т.е. потенциал совпадает с точкой В на оси X).

Находим 7-10 таких точек и отмечаем их координаты.

Найденные точки:

Точка А(-7;0)                  (-7;-1), (-7,-2), (-7;-2,5), (-7;-3), (-7;1), (-7;2), (-7,3)

Точка В(-5;0)                  (-5;-1), (-5;-2), (-5;-3), (-5;-4), (-5;-5),(-5;1),(-5;2), (-5;3)

Точка С(-3;0)                  (-3;-1), (-3;-2), (-3;-3), (-3,-4), (-3;1),(-3;2), (-3;3), (-3;4)

Точка D(2;0)                   (2;-1), (2;-2), (2;-3), (2,-4), (2;1),(2;2), (2;3), (2;4)

Для одного точечного, одного плоского электродов

1. Действуем аналогично.

Найденные точки:

Точка А(-7;0)                  (-9;-2,5), (-11,-2), (-13;-1), (-14;0), (-9;2,5), (-11;2), (-13,1), (-4;0)

Точка В(-5;0)                  (-7;-4,5), (-8,-5,5), (-10;-7), (-13;-8), (-7;4,5), (-8;5,5), (-10,7)

Точка С(-3;0)                  (-4;-3,5), (-5;-8,5), (-6;-10), (-3,5;0), (-4;3,5),(-5;8,5), (-6;10)

Точка D(2;0)                   (2,5;-10,5), (3,5;-15), (2;-8), (2;-4), (2,0), (2,5;10,5),(3,5;15)

Точка E(6;0)                    (7;-8,5), (8;-10), (10,-11), (6,5;-5), (6,5;-3), (7;8,5), (8;-10), (10;-11)

Силовые линии полей

График

Задание2

1. Поместить в электролитическую ванну 2 зонда на электроды.
2. Определить разность потенциалов между электродами.

U=2,2 И

3. Перемещая один из зондов относительно электрода, найти распределение потенциалов между электродами.

Точка (-7;0)U= 2,1 В                                                       Точка (-3;0)U= 1,4 В

Точка (-5;0)U= 1,7 В                                                       Точка (2;0)    U= 0,7 В

      4.Построить график зависимости потенциала от расстояния между точкой и электродом.

График

Вывод: При выполнении этой лабораторной работы я исследовала электростатическое поле с помощью осциллографа и звукового генератора, установила зависимость потенциала от расстояния между электродом и различными точками, а также научилась строить силовые линии поля.

Министерство общего и профессионального образования

Российской       Федерации

Новгородский    Государственный      университет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра «Прикладная математика и информатика»

               

                 

                                             

               

Отчет

Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студентгруппы  № 3311  

                                                                                                        Jannat

                  

                                                                                        

Новгород  Великий

2005

1. Цель работы: Построение кривой намагничивания и определение тепловых потерь.

2.Схема установки для снятия кривой намагничивания:

~UВХ

N1

N2

R1 Ux

R2

C

Uy

S=286 мм;n₁= 17 витков;n₂= 300 витков;C=0,5 мкФ;R₁=510 Ом;R₂=82 кОм;

3.Петля гистерезиса.

Чертеж на миллиметровке

4.Координаты вершин петли гистерезиса.

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
X (дел)	25	23	22	21	18,5	17,5	16	13	11	9
Y (дел)	10	9	8,5	8	7,5	7	6	5	3	3

5.Определение цены деления осциллографа.

U_x = 0,4 В           L_X = 50

U_Y = 0,1 В           L_Y = 28

         

6.Определение чувствительности осциллографа.

        

                  

7.Определение магнитной индукции(В) и напряженности внешнего поля (Н).

H=X·K_X ;   B=Y·K_Y

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
X (дел)	25	23	22	21	18,5	17,5	16	13	11	9
Y (дел)	10	9	8,5	8	7,5	7	6	5	3	3
H (А/м)	0,019	0,017	0,017	0,016	0,014	0,013	0,012	0,009	0,008	0,006
B (Тл)	4,8·10-5	4,3·10-5	4,1·10-5	3,8·10-5	3,6·10-5	3,3·10-5	2,9·10-5	2,4·10-5	1,4·10-5	1,4·10-5

8.Построение графика зависимости B=f(h)

9.Расчет тепловых потерь.

        Q=K_X·K_Y·N, где N-число клеток охватываемых петлей, а K_X·K_Y- произведение определяющее площадь одной клетки. Работа, произведенная при перемагничивание единицы объема образца за 1 секунду, определяется по формуле: A/t=K_X·K_Y·N· ν ,где ν=50 Гц- частота переменного напряжения.

Тепловые потери на перемагничивание определяются теплотой, выделенной в единице объема тороида за секунду, т.е.: Q/t=K_X·K_Y·N· ν

Q/t=7,67·10^-4·4,78·10^-6·32,5·50=5,96·10^-6

10.Вывод:В данной работе мы научились строить кривую намагничивания, определять тепловые потери, а также работать с такими измерительными приборами как осциллограф.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Новгородский    Государственный      университет

Имени   Ярослава Мудрого.

Кафедра   «общей и экспериментальной физики».

Отчет

Определение коэффициента взаимной индукции двух соленоидов.

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студентгруппы  № 3311  

Jannat

НовгородВеликий

2005

1.      Цель работы.

Определение коэффициента взаимной индукции двух соленоидов с помощью баллистического гальванометра.

2. Объект исследования.

2.1.   Приборы и оборудование.

1) e;

2) mА (класс точности 0,2; предел 60 mA);

3) T_p;

4) Реостат R;

5)

6) G;

7) ;

8)

2.2.   Схема установки.

G

2.3.

Рабочие формулы.

b – баллистическая постоянная;

С – емкость конденсатора;

n – максимальное количество делений, на которое отклоняется указатель гальванометра;

U– напряжение;

M – коэффициент взаимной индукции;

n_max – максимальное отклонение указателя от нулевого положения в делениях шкалы гальванометра;

r₂ – активное сопротивление цепи второго контура, r₂=r_g+r_c (r_g – сопротивление баллистического гальванометра, r_c– сопротивление второго соленоида).

2.4.   Формулы расчета погрешности.

3. Результаты исследования.

№ опыта	1	2	3
nmax	19	17	16

Для определения баллистической постоянной мы воспользовались данными лабораторной работы «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ».

№	С0, мкФ	U0, В	n0
1	1	0,9	16
2	1	0,9	17
3	1	0,9	17

Меняем местами катушки.

№ опыта	1	2	3
nmax	19	18,5	19,5

Теперь подсчитаем погрешность:

Таким образом,

4. Вывод.

Изменение тока в одном контуре вызывает изменение магнитного поля в окружающем пространстве и, следовательно, изменяется магнитный поток, пронизывающий другой контур. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея – Ленца изменение магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, приводит к возникновению ЭДС индукции, величина которой пропорциональна скорости изменения этого потока.

Взаимная индуктивность двух соленоидов, намотанных на общий сердечник, определяется формулой:

где m₀ – магнитная постоянная;

N₁ и N₂ – число витков первого и второго соленоида;

S – площадь поперечного сечения сердечника;

l – длина сердечника;

m - относительная магнитная проницаемость сердечника.

Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков является функцией напряженности магнитного поля, в которое он помещен. Следовательно, магнитная проницаемость сердечника трансформатора зависит от числа ампер – витков его первичной обмотки. Поэтому, в опыте мы и получили

М₁ ¹ М₂.