Исследование зависимомти активного,индуктивного и емкостного сопротивления от частоты переменного тока.проверка закона ома для пени переменного тока.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОМТИ АКТИВНОГО,ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ПЕНИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Цель работы: выяснить зависимость сопротивлений от частоты.
Приборы и принадлежности:генератор звуковой частоты, амперметр, вольтметр, активное сопротивление, катушка индуктивности, конденсатор, провода.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Переменный электрический ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Эти вынужденные колебания создаются генераторами переменного тока, работающими на электростанциях.
Электрический генератор создает синусоидальное напряжение. Соответственно синусоидальным оказывается и ток.
Зависимость напряжения от времени можно записать в виде:
Если к сопротивлению R приложена разность потенциалов U, то по закону Ома:
где i, u - мгновенные значения напряжения и силы тока.
Потенциал периодически изменяется между 
Величина 
называется амплитудным значением напряжения (или пиковым напряжением).
Амплитудное (пиковое) значение силы тока;
- циклическая частота.
, где
- частота тока.
Частота переменного тока в России равна 50 Гц.
Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока.
I. Цепь, в которой разность потенциалов на реактивных сопротивлениях много меньше разности потенциалов на резисторе, будет являться цепью с активным сопротивлением.
Активным сопротивлением R называется физическая величина, определяемая отношением мощности Р переменного тока на участке электрической цепи к квадрату действующего значения силы тока на этом участке
Действующим значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, при прохождении которого по той же цепи и за то же время выделяется такое же количество теплоты, как и при прохождении переменного тока.
Выразим действующее значение силы тока I через амплитуду силы тока 
. Согласно определению, бесконечно малое количество теплоты, выделяемое постоянным током, равно такому же количеству теплоты, выделяемому переменным током.
На основании закона Джоуля - Ленца имеем:
Приравнивая значения 
и 
, получим:
Пусть теплота Q выделяется током в течение одного периода колебаний. Тогда, интегрируя данное выражение в пределах от 0 до Т получим:
Найдем значение интеграла:
Тогда 
,откуда
Аналогично для действующих значений напряжений получим:
,
где действующее значение переменного напряжения U в 
раз меньше его амплитудного значения.
Колебания силы тока в цепи с активным сопротивлением происходят по закону:
,
где амплитуда силы тока 
Частота и фаза переменного тока будут совпадать с частотой и фазой колебания напряжения (рис. 2,3).
На активном сопротивлении происходит преобразование электрической энергии во внутреннюю.
II.Рассмотрим цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением, т.е. цепь, содержащую катушку.
Рис. 4
Произведение циклической частоты на индуктивность L называется индуктивным сопротивлением.
Через катушку идёт ток, изменяющийся по закону: 
,
При этом в катушке возникает ток самоиндукции, а ЭДС самоиндукции будет
Приложенное к катушке напряжение должно в любой момент времени уравновешивать Э.Д.С. самоиндукции в катушке, если 
, то
Связь между амплитудой колебаний напряжения на концах проводника индуктивностью L с амплитудой 
колебаний силы тока в нем совпадает по форме с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока.
Хотя данное выражение совпадает по форме с выражением закона Ома для участка цепи 
, между ними имеются принципиальные отличия по существу. Электрическое сопротивление проводника при данной температуре является постоянной величиной, характеризующей проводник. Индуктивное сопротивление 
не является постоянной величиной, его значение прямо пропорционально частоте переменного тока.
Поэтому амплитуда колебаний силы тока в проводнике индуктивностью L при постоянном значении амплитуды колебаний напряжения убывает обратно пропорционально частоте 
Индуктивное сопротивление энергию не потребляет. Из уравнений
видно, что сдвиг фаз между напряжением и током равен 
, колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на четверть периода.
Индуктивное сопротивление выражают в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
III. Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором.
При включении конденсатора в цепь переменного тока через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды проходить не будут. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в проводах, соединенных с его выводами появится переменный ток.
Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока, кажется горящей непрерывно, т.к. человеческий глаз не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.
Ток в цепи с емкостным сопротивлением меняется по гармоническому закону
Напряжение на обкладках конденсатора 
,
где 
Ток в цепи 
где 
По закону Ома 
,
где 
сопротивление конденсатора переменного тока, называемое емкостным сопротивлением.
;
При 
, напряжение будет максимальным
Отсюда следует, что
Как и индуктивное сопротивление 
катушки, емкостное сопротивление 
конденсатора не является постоянной величиной. Значение емкостного сопротивления обратно пропорционально частоте переменного тока.
Поэтому амплитуда колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте .
Емкостное сопротивление энергию не потребляет, поэтому как и индуктивное является реактивным.
Сдвиг фаз между током и напряжением на конденсаторе, как видно из
формул 
равен четверти периода, колебания силы тока опережают колебания внешнего напряжения по фазе на 
IV. Рассмотрим полную цепь переменного тока, содержащую активное, индуктивное, емкостное сопротивления.
Ток на всех трёх участках один и тот же:
Разности потенциалов на всех трёх сопротивлениях имеют вид:
Частота колебаний результирующей разности потенциалов на клеммах генератора (совпадающей с его Э.Д.С.), равна частоте складываемых колебаний разности потенциалов.
Фаза результирующей разности потенциалов должна быть сдвинута по отношению к колебаниям силы тока в общем случае на угол 
Для нахождения результирующей амплитуды напряжений (Э.Д.С.) в цепи, построим векторную диаграмму цепи:
Так как сила тока в этом случае на всех участках цепи одинакова, то здесь в качестве базисного вектора выбирают вектор, изображающий амплитудное значение силы тока.
Векторы, изображающие амплитудные значения напряжений на отдельных участках строят под определенными углами к вектору силы тока. Эти углы равны сдвигам фаз на каждом из участков цепи. Результирующую амплитуду напряжений определяют как модуль результирующего вектора, который находят по правилу суммирования векторов, а фазу результирующего колебания просто измеряют соответствующим углом, отсчитанным в направлении против часовой стрелки от базисного вектора.
Из диаграммы видно:
Как видно, амплитуды колебаний силы тока и напряжения связаны соотношением
где величину Z , равную выражению 
называют полным сопротивлениемцепи переменного тока.
Выражение 
называется законом Ома для цепи переменного
тока.
Разделив левую и правую часть на получим, что закон справедлив и для действующих значений силы тока и напряжения.
Из формулы 
видно, что ток в цепи можно увеличить не меняя напряжение, а изменяя частоту.
При изменении частоты может наступить такой момент, когда и при одинаковой силе тока одинаковыми оказываются и амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе и катушке.
Колебания напряжения на катушке и конденсаторе противоположны по фазе, поэтому сумма напряжений на них при 
в любой момент
времени = 0.
В результате напряжение на активном сопротивлении при резонансе оказывается равным полному напряжению 
, а сила тока
в цепи достигает максимального значения, т.е. наступает резонанс.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Упражнение 1.Собрать цепь с активным сопротивлением. Поддерживая напряжение постоянным, изменять частоту тока и отмечать значения силы тока. Результаты измерений занести в таблицу.
Построить график.
Упражнение 2. Собрать цепь с индуктивным сопротивлением, исследовать зависимость индуктивного сопротивления от частоты. Результаты занести в таблицу.
Построить график. Проверить результат опыта с теоретической формулой индуктивного сопротивления
Индуктивность указана на катушке. ( U = 458)
Упражнение 3.Проделать то же самое с емкостным сопротивлением (емкость конденсатора указана на конденсаторе).
Упражнение 4.Собрать цепь, состоящую из последовательно соединенных R, L, C. Изменяя частоту тока настроить цепь на резонанс. Измерить для этой частоты 
и 
Измерить напряжение во всей цепи и на каждом участке. Результаты занести в таблицу.
| | U | I | Z | R | |  |  |  |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как зависит индуктивность и индуктивное сопротивление от частоты, силы тока, напряжения?
2. Как зависит емкость и емкостное сопротивление от частоты, силы тока, напряжения?
3. Дайте понятие резонанса напряжений.
4. Дайте понятие резонанса токов.
5. Рассчитайте емкость конденсатора, необходимого для того, чтобы лампочку, рассчитанную на 12 В и ток 0,5 А, включить в цепь переменного тока напряжением 220 В.
6. Если трансформатор включить по ошибке в цепь постоянного тока, то он «сгорит». Почему?
7. Определите полное сопротивление катушки теоретически и практически. Результаты сравнить.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИЗУЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРА
Цель работы: изучение особенностей работы транзисторов по схеме с общим эмиттером ( снятие входной и выходной характеристики ), определение коэффициента усиления по току и входного сопротивления.
Приборы и принадлежности: транзистор типа МП 4 1, микроамперметр на 100 мка. миллиамперметр постоянного тока М45М. авометр, потенциометры сопротивлением 50-100 Ом. ключи замыкания, соединительные провода. источники питания.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, применяемые для усиления и генерирования электрических колебаний. Они подразделяются на биполярные и полевые ( униполярные ). Наиболее распространены транзисторы биполярные с двумя р - п-переходам и. Их работа основана на использовании носителей зарядов обоих знаков. Первые транзисторы были точечными, но они работали недостаточно устойчиво, в настоящее время изготовляются и применяются плоскостные транзисторы.
Устройство плоскостного биполярного транзистора показано на рис. I. Основной частью такого транзистора является тонкая монокристаллическая пластика германия 6 ( рис. I ), в которую со стороны больших граней вплавлены две капли индия 4 и 7. В результате в пластинке, имеющей сначала лишь электронную проводимость, образовались три различные области с чередующейся проводимостью: две крайние имеют дырочную проводимость ( р ) и называются эмиттером и коллектором, а средняя — электронную ( о ) и называется базой. На границе этих областей образовалось два электронно-дырочных перехода. Переход "эмиттер-база* называют Эмиттерным, а "база-коллектор* — коллекторным.
Каждый переход в отдельности ведет себя как обычный полупроводниковый диод. т. с. обладает односторонней проводимостью для электрического тока. Пластинка германия припаяна оловом к кристаллодержателю 5, который для лучшего теплообмена соединен с герметизированным металлическим корпусом 8. Вывод от эмиттера 2 и вывод от коллектора 9 проходит через стеклянные изоляторы 3. Вывод от базы I приварен к корпусу транзистора и расположен ближе к выводу эмиттера.
По типу проводимости транзисторы бывают п-р-п и р-п - р типа. 11риицип работы транзистора обоих типов одинаковый. Различие между ними заключается в том, что в транзисторе р-о-р - ток создается дырками, а в транзисторе п-р-п — электронами.
На рис. 2 изображена структура и условное обозначение транзисторов р-п-р и п-р-п типа. На условном графическом обозначении транзисторов р-п-р и п-р-п стрелка показывает условное ( от плюса к минусу ) направление тока в проводе эмиттера при прямом напряжении на эмиттерном переходе. В схемах с транзисторами обычно образуются две цепи. Входная или управляющая цепь служит для управления работой транзистора. В входной или управляемой цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.
Физические процессы в биполярном транзисторе:
Рассмотрим работу транзистора типа п-р-п в режиме без нагрузки, когда включаем только источники постоянных питающих напряжений Е1 и Е2 ( рис.3 ) Транзистор включен по схеме с общим эмиттером, которая для транзисторов считается основной. Напряжение на эмиттерном переходе прямое, а на коллекторном - обратное. Прямое сопротивление эмиттерного перехода мало, поэтому все подводимое напряжение падает практически на высокоомном коллекторном переходе. Источник входного сигнала подключается к базе и эмиттеру» а усиленный сигнал снимают с коллектора и эмиттера. Принцип работы транзистора заключается в том. что прямое напряжение эмиттерного перехода, т. с. участка база-эмиттер
( Uб-э). Существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений эмиттера. Таким образом, напряжение ( Uб-э). т. е. входное напряжение управляет током коллектора. Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано на этом явлении. Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом: Под действием прямого напряжения, приложенного к эмиттерному переходу, электроны из области эмиттера переходят в область базы, а дырки из области базы переходят в область эмиттера. Ток, который при этом возникает, называют током эмиттера 1э. Большая часть этого тока переносится электронами, т. к. эмиттерная область имеет более высокую проводимость, чем дырочная область базы.
Электронный ток эмиттера течет в цепи базы и потому называется током базы 16. Одновременно с переходом электронов из области эмиттера в область базы во внешнюю цепь эмиттера уходит соответствующее число дырок, что приводит к образованию в области эмиттера новых электронов, и потому их число не убывает. Электроны, перешедшие из эмиттера в базу, движутся далее к коллекторному переходу. Это движение происходит в результате избытка концентрации их около эмиттерного перехода, а также под действием слабого электрического поля, существующего между эмиттером и коллектором транзистора. На пути к коллекторному переходу часть электронов рекомбинируется с дырками в области базы. В результате рекомбинации возникает ток базы, «тело дырок в базе должно быть изменённым. Вследствие рекомбинации каждую секунду сколько дырок исчезает, столько же новых дырок возникает за счет того, что из базы уходит в направлении к плюсу источника E1 такое же число электронов. Ток базы является бесполезным и даже вредным.
Ток коллектора получается меньше тока эмиттера, но в соответствии с первым законом «Кирхгофа» существует соотношение между токами: Iэ = Iк +I б. Обычно I б составляет малую маю эмиттера, т. е. I б « Iэ , а следовательно, ток коллектора незначительно меньше тока эмиттера и можно считать I б~ Iк. Именно для того, чтобы ток I б был как можно меньше, базу делают очень тонкой и уменьшит а ней концентрацию примесей, которая определяет концентрацию дырок, тогда метшее число электронов будет комбинировать в базе с дырками.
Если под действием входного напряжения во шик значительный ток эмиттера, то в область базы со стороны эмиттера поступает электроны. которые для данной области являются неосновными носителями. Не успевая комбинироваться с дырками при диффузии через баз. они доходят до коллекторного переход Чем больше тек эмиттера. тем больше электронов приходит к коллекторному переходу и тем меньше становятся его сопротивление. Соответственно увеличивается ток коллектора.
Зависимость между токами и напряжениями в транзисторах выражаются статическими вольт-амперными характеристиками транзисторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузи в выходной цепи. Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов a для практических расчетов транзисторных схем.
Наибольшее значение при применении транзисторов имеют два вида характеристик:
1)Входной характеристикой называют зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении:
Iб=f (Uб), при Uк-э=const
2)Выходной характеристикой называют зависимость выходного тоа от выходного напряжения при постоянном входом токе:
Iк =.f (Uk), Iб=const
Вид характеристик транзистора зависят от способа его включения, но для схем ОЭ и ОК они практически одинаковы, поэтому пользуются обычно входными я выходными характеристиками схем ОБ и ОЭ.
Статическим характеристики транзистора в схеме ОЭ. В этой схеме входной ток - ток базы 16, выходной - ток коллектора Iк, входное напряжение создастся между базой и эмиттером Uб-э, в выходное - между коллектором и эмиттером Uк-э.
Поскольку ток коллектора гораздо больше тока базы, а создаваемое им напряжение на нагрузке R в высокоомной выходной цепи значительно превышает напряжение во входной цепи. то, значит, схема ОЭ усиливает и ток, и напряжение и, следовательно, дает очень большое усиление мощности сигнала.
Выходные характеристики транзистора, включённого по схеме ОЭ. представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения коллектор- эмиттер при постоянном токе базы. Выходные характеристики в схеме ОЭ - эта коллекторные характеристики характеристики
Входные характеристики транзистора, включённого во схеме ОЭ - это базовые характеристики, представляющие собой зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
АСнятие входных статистических характеристик транзистора.
Упражнение 1. Подготовьте в тетради таблицу 1 для записи результатов измерений:
Таблица 1
| Uк-э=0В | U-а=-ЗВ | Uк-э=4В | U=5В | ||||
| Uб-э В | Iб, мкА | Uб-э ,В | Iб, мкм А | Uб-э,В | Iб,мкА | Uб-э,В | Iб,мкА |
Упражнение 2. Соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 4. Прямое напряжение на эмиттерный подход подают от Еб=4.5В, а обратное напряжением на коллекторный переход Eк = 9В в контролируют вольтметром со шкалой 10В, силу тока базы измеряют микроамперметром со школой 100 мкА, а силу тока коллектора миллиамперметром со школой 7,5 А.
Предупреждение. В электрическую цепь включают сначала эмиттерный. а затем коллекторный переходы.
Упражнение 3. С помощью потенциометра R2 установите напряжение коллектор-эмиттер 3в. поддерживая его постоянным, измените напряжение между базой и эмиттером Uб-э от 0 до 0,2в через 0,02 В следите за показаниями прибора, измеряющего ток базы Uб результаты заносите в таблицу 1.
Упражнение 4. Установите напряжение Uk = 4В с помощью потенциометра R2 снимите
показания проборов аналогично заданию 3 и занесите их в таблицу 1.
Упражнение 5. С помощью потенциометра R2 установите напряжения Uk =5B и снимите
показания приборов аналогично заданию 3 в занесите их в таблицу 1.
Упражнение 6. На основами результатов наблюдений, записанных а таблице 1, постройте
семейство входных статистических характеристик транзистора.
Iб=f(Uб), при Uk=const.
БСнятие выходных статистических вольт-амперных характеристик транзистора
Упражнение 1. Подготовьте в тетради таблицу 2 для записи результатов измерений:
Таблица 2
| IБ=10 мкА | IБ=15мкА | IБ= 20мкА | IБ=25мкА | ||||
| Uk-э,В | Ik,мА | Uk-э,В | Ik,мА | Uk-э,В | Ik,мА | Uk-э,В | Ik,мА |
Упражнение 2. Исследуйте зависимость силы тока коллектора oт напряжения между коллектором и эмиттером при постоянной силе тока базы ( рис. 4 ). Эти значения тока устанавливаются потенциометром R1 и поддерживаются в процессе наблюдений неизменными, соответственно 10, I5, 20, 25 мкА. Измеряйте для каждого значения Iб напряжение Uб-э с помощью вольтметра VI. Напряжение Uk измеряют с помощью потенциометра R2 от 0 до 7В через 1B и наблюдайте за показаниями прибора, измеряющим ток в цепи коллектора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Земля в целом представляет собой большой магнит и имеет два магнитных полюса: северный и южный. В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности обнаруживается действие магнитного поля. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Подобно тому как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным. Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.
Изучая пространственное распределение магнитного поля Земли, геологи получают сведения о строении земной коры, о местонахождении полезных
ископаемых/железной руды и пр./ Изучение магнитных бурь помогает понять закономерности явлений в ионосфере, влияющих на распространение радиоволн .Изучение земного магнетизма необходимо для правильного понимания основных вопросов происхождения Земли, Солнца и звезд. По вопросу о происхождении земного магнетизма работали ученые Гильберт/1600г./,Ломоносов/1352г./,Гаусе/1939/. Теория Гаусса дала возможность представить магнитное поле Земли в виде двух полей: поля, источники которого находятся внутри Земли, и поля, источники которого-вне Земли. Все существующие ныне теории земного магнетизма можно разделить на две группы.
Теории первой группы полагают, что главная часть магнитного поля Земли создается земной корой, содержащей в разных своих участках различное количество магнитных пород.
Теории второй группы полагают, что главная часть магнитного поля Земли создается электрическими токами, циркулирующими на больших глубинах в жидком ядре Земли.
В настоящее время известно, что наблюдаемое геомагнитное поле является суммой двух полей: постоянного и переменного. Чтобы изучить магнитное поле Земли, надо знать величину и направление напряженности в каждой точке этого поля .Обозначим через Т полную напряженность магнитного поля в какой-либо точке 0 северного полушария Земли. (Рис1.)
Рис.1.
Плоскость магнитного меридиана ОАВС. Плоскость географического меридиана ОВЕК.
Т;Нх;Ну;Нz;D;j;H -элементы земного магнетизма
Силовые линии магнитного поля лежат в плоскости магнитных меридианов. Магнитным меридианом называется дуга большого круга, проходящего через магнитные полюсы Земли. Магнитные полюсы Земли совпадают с ее географическими полюсами, вследствие чего между плоскостью магнитного меридиана, проходящего через данную точку 0 земной поверхности и плоскостью географического меридиана имеется некоторый угол Д/угол склонения/. Склонение может быть восточным или западным в зависимости от того, проходит ли магнитный меридиан к востоку или к западу от географического. Полную направленность Т можно разложить на две составляющие, лежащие в плоскости магнитного меридиана: напряженность Н/горизонтальная составляющая /в горизонтальном направлении напряженность Hz b вертикальном направлении /Вертикальная составляющая/. Нz считается , если она направлена вниз. В южном полушарии Нz отрицательна. Горизонтальная составляющая имеет максимальное значение на магнитном экваторе, равное 0,7 и постоянно уменьшается к полюсам. Вертикальная составляющая имеет максимальное значение вблизи магнитных полюсов/0,6-0,7/уменьшается на магнитном экваторе.
Горизонтальную составляющую можно разложить на две составляющие лежащие в горизонтальной плоскости, на северную Hx направленную вдоль географического меридиана и восточную Нy перпендикулярную к меридиану. Составляющая Нx считается положительной, если она направлена к северу, Н-составляющая считается положительной, если она направлена к востоку.
Магнитные элементы T, Н, Нx,Ну, Н, Дj связаны между собой простыми соотношениями, которые легко получить из рис 1
Нх= H cos D
Hy= H sin D
H z= H tg j
T= H cos j
H= Hx + Hy
Tg j= Hz\H
tg D= Hy\Hx
T= Hx+ Hy+ Hz
Целью настоящей работы является определение горизонтальной составляющей магнитного поля Н с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром и зная числовое значение горизонтальной напряженности и угла наклонения j найти полную напряженность магнитного поля Земли Т.
Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую катушку большого радиуса. Плоскость катушки вертикальна: в центре ее находится короткая магнитная стрелка, расположенная горизонтально и могущая вращаться около вертикальной оси. Концы стрелки перемещаются по кругу /по лимбу/, разделенному на градусы. Такую магнитную стрелку с лимбом называют буссолью/рис.2/.
Плоскость витков катушки следует расположить в плоскости магнитного меридиана, которая определяется по направлению магнитной стрелки. На рис .4а пунктиром показано направление магнитного меридиана Земли, небольшие кружки Аи В-сечение одного витка горизонтальной плоскости, проходящей через центр катушки: магнитная стрелка.
При отсутствии ток в катушке на полюса магнитной стрелки действует только магнитное поле Земли Н/рис.4а/
Магнитное поле в центре витка большого витка радиуса перпендикулярно плоскости витка, направление его определяется направлением тока,
проходящего по витку .Напряженность поля, созданного током, на рис.4б обозначена через НТ.
Под действием двух полей Н и Нт - магнитная стрелка отклоняется на некоторый угол d :равновесие ее наступает тогда, когда она станет по направлению результирующего магнитного поля.
Из рис.46 видно что:
Tg d = Hт /Н
Напряженность магнитного поля в центре кругового тока определяется законом Лапласа: Нт= У\2ч
Если в катушке «н» витков, то
Нт= Ун/2ч
Подставляя полученное значение Н /2а/в формулу /I/,можно определят горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли:
Н= Ун/2ч tgd
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Упражнение 1. Определение горизонтальной составляющей земного магнитного поля.
Установка для экспериментального определения горизонтальной составлявшей напряженности земного магнитного поля Н дана на рис.5,где ТГ-тангенс-гальванометр, А-амперметр, R –реостат , К-ключ , Е-аккумулятор, К1-коммутатор тока в тангенс-гальванометре.
1.Ознакомившись с приборами и заготовив таблицу записей наблюдений, собирают приборы по схеме рис.5
рис.5
Амперметр необходимо поместить не ближе 1м от тангенс-гальванометра, т.к. магнитное поле амперметра может оказать сильное влияние на магнитную стрелку.
При проведении опыта нужно остерегаться так же влияния магнитного поля реостата. Коммутатор поставлен в сеть для того, чтобы иметь возможность менять направление тока в тангенс-гальванометре.
2. Очень часто т-г имеет установочные винты и уровень: буссоль снабжена эрретиром, для закрепления магнитной стрелки при переносе прибора. Освободив стрелку от арретира, при помощи установочных винтов добиваются того, чтобы она могла свободно вращаться, не задевая лимбы. Такая свободная стрелка довольно быстро устанавливается по магнитному меридиану, и будет сохранять его положение.
3. Вращают катушку около вертикальной оси и придают ей такое положение, при котором ее плоскость будет параллельна магнитной стрелке. Тогда плоскость катушки будет совмещена с плоскостью магнитного меридиана. В этом случае стрелка одним концом устанавливается на нулевое давление шкалы лимба.
4. Установите реостат на самое большое сопротивление и включив два витка прибора замыкают ключ К. Перемещением движка реостата увеличивают силу тока. Задавшись определенным углом отклонения стрелки / в пределах 35-55 / дают ей успокоится и производят отсчет ее положения по шкале лимба. Делать отсчет положения стрелки нужно обязательно по обоим ее концам: пусть эти отсчеты дают два значения угла d1 и d2. Записывают параметры Y.
5. Не меняя параметров цепи, коммутатором меняют направление тока в т-г. При той же (по абсолютной величине) силе тока делают еще два отсчета положения стрелки буссоли d1и d2.
6. Аналогично проделывают несколько опытов при различных значениях тока, беря углы отклонения в пределах 35-55.
7.Измеряют миллиметровой линейкой диаметр витков и находят их радиус.
8.Повторить опыты с числом витков 4,6,8,10.
9 .Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:
| № | n | d1 град | d2 град | d 1 град | d2 град | D ср град | Tg d | ч/(м) | У/А | H= | T' |
Наши рекомендации |