1. Что такое электрический ток? Дайте определение силы тока, напряжения и мощности. Какими приборами и в каких единицах они измеряются? Электрич ток — направленное (упорядоченное) движ  заряженных  частиц. Такими частицами могут явл-ся: в металлах — электроны, в газах — ионы и электроны, в вакууме при опред условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрич. током наз-ют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрич поля. Электрич ток имеет кол-венные характеристики: скалярную — силу тока, и векторную — плотность тока. Сила тока — физ величина, равная отношению кол-ва заряда, прошедшего за нек-ое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (рус обознач: А). По з-ну Ома сила тока  на участке цепи прямо пропорциональна напряжению , приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению :  Измерение тока производится амперметрами, включаемыми последовательно в цепь, в которой измеряется ток. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная кол-ву выделившегося тепла в ед времени. Согласно з-ну Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:. Мощность измеряется в ваттах. Ваттметр-измерительный прибор, предназнач для опред мощности электрич. тока или эл/маг сигнала. Электрич напряжение между точками A и B — отношение работы электрич. поля при переносе пробного заряда из точки A в B к величине этого пробного заряда. Измерение напряжения, действующего в электрич цепи постоян тока, осущ-ся с помощью вольтметров, включаемых параллельно к участку цепи, напряжение на котором необходимо измерить.

2. Постоянный электрический ток. Характеристики электрического поля. Закон Ома для участка цепи. Сформулируйте и запишите закон Джоуля-Ленца. Электрич ток наз-ют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени. Основные характеристики электрич поля: потенциал, напряжение и напряженность. Энергия электрич поля, отнесенная к единице положит заряда, помещенного в данную точку поля, и наз-ся потенциалом поля в данной его точке. потенциал электрич поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положит заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах. Если потенциал обозначить буквой φ, заряд - буквой q и затраченную на перемещение заряда работу — W, то потенциал поля в данной точке выразится формулой φ = W/q. Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, которую совершает ноле для переноса ед положит заряда из одной точки поля в другую. Как видно, напряжение между двумя точками поля и разность потенциалов между этими же точками представляют собой одну и ту же физ сущность. Напряжение измер-ся в вольтах (В). Величина Е, численно равная силе, к-ую испытывает единич положит заряд в данной точке поля, наз-ся напряженностью электрич поля. F = Q х Е, где F — сила, действующая со стороны электрич поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля, Е — сила, действующая на единич положит заряд, помещенный в эту же точку поля.

Закон Ома для участка цепи. Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:

I = U/R где U – напряжение на данном участке цепи

R – сопротивление данного участка цепи

Сформулируйте и запишите Джоуля-Ленца. При прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Ленца - Джоуля. Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q (Дж),  ток, протекающий по проводнику - I, сопротивление проводника - R и время, в течение которого ток протекал по проводнику - t, то закону Ленца - Джоуля можно придать следующее выражение: Q = I2Rt.

Так как I = U/R и R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.

3. Чем обусловлено получение фигур Лиссажу? Нарисуйте фигуры, если частота по каналу Х = 50 Гц – соnst, а частота по каналу Y = 25,50,100,150 Гц. Фигуры Лиссажу — замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вид фигур зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний. В простейшем случае равенства обоих периодов фигуры представляют собой эллипсы, которые при разности фаз 0 или вырождаются в отрезки прямых, а при разности фаз и равенстве амплитуд превращаются в окружность. Если периоды обоих колебаний неточно совпадают, то разность фаз всё время меняется, вследствие чего эллипс всё время деформируется. При сущ-но различных периодах фигуры Лиссажу не наблюдаются. Однако, если периоды относятся как целые числа, то через промежуток времени, равный наименьшему кратному обоих периодов, движущаяся точка снова возвращается в то же положение — получаются фигуры Лиссажу более сложной формы. Фигуры Лиссажу вписываются в прямоугольник, центр которого совпадает с началом координат, а стороны параллельны осям координат и расположены по обе стороны от них на расстояниях, равных амплитудам колебаний.

Х=50Гц,у=50Гц: x=50Гц, у=100Гц х=50Гц, у=150 Гц х=50Гц у=25Гц

4. Из каких основных блоков состоит электронно-лучевая трубка? Объясните процесс формирования электронного пучка. Для чего служит синхронизация и в чем она заключается? На рис схематически представлено уст-во трубки с электростатическим управлением. В торце узкой части стеклянного баллона 8 расположен катод в виде небольшого цилиндра 2, внутри к-ого помещена спираль для подогрева 1. Дно цилиндра с внешней стороны покрыто оксидным слоем; с его поверхности при подогреве вылетают электроны. Вблизи катода расположен полый цилиндр 3, называемый управляющим электродом или модулятором, который служит для изменения плотности потока электронов, т.е. позволяет регулировать яркость пятна на экране, 9, покрытом люминофором. Модулятор имеет отрицательный потенциал относительного катода. Далее по оси трубки располагаются еще два цилиндра – первый 4 и второй 5 аноды. Первый анод, находясь под положительным потенциалом в несколько сотен вольт, ускоряет движущийся от катода поток электронов. Ко второму аноду подводится напряжение, достигающее в некоторых электронно-лучевых приборах десятков киловольт, и поток электронов выходит из второго анода с высокой скоростью. Аноды предназначены как для ускорения электронов, так и для формирования электронного луча – узкого, сходящегося у поверхности экрана пучка электронов. Изменением величины напряжения на первом аноде 4 получают необходимую фокусировку луча. Вся система вышеперечисленных электродов крепится на траверсах и образует единое устройство, наз-мое электронным прожектором. Выйдя из прожектора, электронный поток (луч) попадает в отклоняющую систему. В трубке отклоняющая система состоит из двух пар пластин 6 и 7, расположенных попарно в вертикальной (горизонтально отклоняющие пластины 7) и горизонтальной (вертикально отклоняющие пластины 6) плоскостях. Каждая пара пластин образует плоский конденсатор, и если потенциалы пластин различны, то между ними создается электрическое поле. Между пластинами электроны движутся в поперечном электрическом поле по параболической траектории, и по выходе из пластин траектория оказывается направленной по отношению к оси трубки под нек-ым углом, величина к-ого зависит от разности потенциалов на пластинах и от размеров пластин. Следовательно, с помощью этих двух пар пластин, создающих взаимно перпендикулярные электрические поля, можно управлять электронным потоком в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Электронный пучок, пройдя между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, попадает на люминесцентный экран, вызывая его свечение. В зависимости от типа люминофора свечение может продолжаться от нескольких микросекунд до десятков секунд. Блок синхронизации. При несовпадении периодов исследуемого сигнала и развертки осциллограмма будет перемещаться по экрану. Для устранения этого недостатка в осциллографе предусмотрен блок синхронизации. Синхронизация – процесс, при котором работа генератора развертки становится зависимой от исследуемого сигнала. Режим синхронизации может быть внутренним и внешним. При работе осциллографа в режиме внутренней синхронизации из канала вертикального отклонения снимается часть усиленного исследуемого сигнала и подается на вход схемы синхронизации. Эта схема совместно со схемой запуска генератора развертки вырабатывает короткие импульсы определенной формы, полярности и амплитуды. Запускающие импульсы формируются в тот момент, когда напряжение на входе блока синхронизации достигает определенной величины. Эта величина выбирается регулятором «уровень синхронизации». Полярность синхронизации определяет, какой участок синхронизирующего сигнала используется при формировании импульсов запуска: положит (+), как на рис. 3.12, или отриц (–).

Рис. 3.12. Синхронизация генератора развертки: Uy – исследуемый сигнал; U0 – уровень синхронизации; Uсин – синхроимпульс; Ur-– напряжение развертки. При этом анализироваться может абсолютный уровень сигнала (т.е. обе его составляющие – переменная и постоянная) или только амплитуда его переменной составляющей. Эти режимы работы блока синхронизации аналогичны работе усилителя вертикального отклонения с «открытым» и «закрытым» входом, о чем речь пойдет далее. При работе в режиме внешней синхронизации сигнал, управляющий запуском генератора развертки, подается извне.

5. Как измерить с помощью осциллографа напряжение и длительность импульса, период синусоидального сигнала и как определить частоту сигнала. Основ харак-кой любого средства измерения, в том числе и ЭЛТ, явл-ся его чувствительность, определяемая как отношение отклонения электронного луча на экране ЭЛТ к напряжению сигнала, вызвавшего это отклонение. Величина, обратная ей, наз-ся коэф-том отклонения. , где L – отклонение луча в см. Для того, чтобы применять осциллограф для исследования сигналов в широких пределах изменения их амплитуд, необходимо иметь возможность изменения коэф-та отклонения. Это достигается при помощи канала Y, причем изменение производится, как правило, ступенчато и значения выбранного коэф-та отклонения можно прочитать на передней панели осциллографа. Из этого определения следует, что напряжение с помощью осциллографа можно найти, умножив коэф-т отклонения по каналу у (k_y) на отклонение луча в см (L): . Для измерения длительности сигнала в нек-ых ЭО производится модуляция электрон луча по яркости калибрационными метками времени. Зная длительность маркерной метки и их кол-во, уменьшающееся в сигнале, определяют соответствующее время. В других типах осциллографов длительность сигнала определяют по длине его изображения на экране трубки. Длительность (период) импульса измеряется, аналогично, вдоль оси "X" и равна произвед отрезка на экране по горизонтали (в см или делениях шкалы), соответствующего измеряемому интервалу времени, на коэф-т развертки в ед время/см или время/дел. Точность таких измерений достаточно высока, н-р, для осциллографа С1 -93 мах погрешность не превышает 5%. Периодом повторения импульсов Т наз-ют отрезок времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Частота сигнала с помощью осциллографа обратно пропорциональна периоду сигнала: 1/Т. А период сигнала определяется произведением: T=k*L.

6. Объясните назначение различных элементов в схеме ЭЛТ (электронно-лучевая трубка). Как осуществляется регулировка яркости и фокусировка луча? Основным узлом любого ЭО является электроннолучевая трубка (ЭЛТ), с помощью которой преобразуется исследуемый сигнал в видимое изображение на экране. На рис. 1 схематически показано устройство ЭЛТ. Источником электронов служит нагреваемый оксидный катод 1. Катод помещен внутри управляющего электрода (модулятора 2). Модулятор служит для изменения яркости светящегося на экране пятна путем регулировки подаваемого на него отрицательного (относительного катода) напряжения U_упр при помощи потенциометра R₁, так как поле модулятора оказывает как сжимающее, так и тормозящее действие на поток электронов. Фокусировка электронного пучка на экране осуществляется изменением разности потенциалов между анодами (3 и 4). Потенциометр R₂, снабженный надписью "Фокус", изменяет разность потенциалов между анодами. При этом между анодами создается поле специальной конфигурации, сжимающее расходящийся электронный пучок в так называемый электронный луч и дающее, в идеале, на экране точку электронно-оптического изображения отверстия в модулирующем цилиндре (2). Это действие поля можно пояснить следующим образом. Потенциал первого анода (3) – несколько вольт, а потенциал второго анода (4) – несколько киловольт. На рис. 2 изображены пунктиром линии напряженности электрического поля между первым и вторым анодами, а сплошные линии – траектории электронов в этом поле. Линии напряженности направлены от второго анода к первому. Как известно, в каждой точке поля на электрон действует сила, направленная по касательной к линии напряженности в данной точке. Под действием этой силы электрон, влетающий в поле вдоль оси анодов, движется ускоренно без изменения направления скорости. Если же электрон влетает в поле под некоторым углом к оси анодов, то сила F приобретает вертикальную составляющую F₁. Последняя заставит электрон приближаться к оси анодов. Поле первого и второго анодов часто называют электронной линзой, подчеркивая этим аналогию между поведением светового пучка в оптической линзе с поведением электронного пучка в электрическом поле определенной конфигурации. Плавная фокусировка осуществляется изменением потенциала первого анода с помощью потенциометра R₂ (рис. 1) при неизменном потенциале второго анода. Поэтому первый анод иначе называют фокусирующим цилиндром (электродом), хотя на самом деле фокусировка осуществляется в основном поле, существующем между анодами.

Рис. 1. Схема электроннолучевой трубки (ЭЛТ).

По мере приближения ко второму аноду сила F меняет свое направление на противоположное. Однако расфокусировки пучка не происходит, так как электроны, прошедшие ускоряющую разность потенциалов (10 кВ), преодолевают этот промежуток за короткий интервал времени и их траектория уже практически не изменяется. В соответствии с назначением и действием система электродов "катод-модулятор-аноды" (1-2-3-4) образует так называемую электронную пушку или электронный прожектор. Окончательная скорость электронов при вылете из электронного прожектора определяется потенциалом второго анода по отношению к катоду. При выходе из электронной пушки электроны должны оказаться в пространстве, свободном от возмущающих полей. Поэтому трубку помещают в металлический экран, а для того, чтобы не было поля между заземленным экраном и вторым анодом, последний обычно заземляют.

Рис. 2. Линии напряженности (пунктирные линии) электрического поля и траектории (сплошные линии) электронов между первым и вторым анодом ЭЛТ.

Таким образом, под высоким потенциалом по отношению к "Земле" оказывается не анод, а катод трубки. Это свойство почти всех устройств, в которых используются электронные пучки (в отличие от радиоламп, где заземляется обычно катод). Возмущающие поля могут вызываться также электронами, скапливающимися на внутренней поверхности трубки. Для устранения этих зарядов внутреннюю поверхность трубки покрывают проводящим слоем коллоидного графита (аквадага), который электрически соединяется с ускоряющим анодом. Пучок электронов проходит между двумя парами отклоняющих пластин 5 и 6 (рис. 1). Отклонение луча зависит от напряжения, приложенного к пластинам, и скорости электронов. В результате след пучка на светящемся экране 7 описывает кривую, изображающую функциональную зависимость между напряженностями отклоняющихся полей.

7. Нелинейные сопротивления: опишите св-ва сопротивлений и . Что наз-ся стат сопротивлением и что динам? Чем характеризуется степень нелинейности сопротивлений? В современной технике с каждым годом возрастает роль таких цепей, для к-ых з-н Ома не справедлив. В них нет прямой пропорциональности между током и приложенным напряжением. Их сущ-ное отличие от линейных в том, что значение сопротивления такой цепи зависит от величины протекающего по ней тока или приложенного напряжения. Нелинейные сопротив различаются своей ВАХ. Для практики (радиоустройства, счетные машины) представляют интерес сопротивления вида и . Нелинейные сопротив вида (диода) обладают тем св-вом, что при изменении протекающего через них тока в заданных пределах напряжение на них изменяется весьма незначительно. Нелинейные же сопротивления вида (лампы), наоборот, обуславливают весьма незначительные изменения протекающего через него тока при изменении напряжения на нем в заданных пределах. ВАХ обоих видов сопротивлений приведены на рисунке:

1.1. Сопротивление вида	1.2.Сопротивление вида

В отличие от линейного активного сопротивления, нелинейное активное сопротивление имеет различные значения для постоянного тока и изменений его. Сопротивление постоянному току называется стат сопротивлением . Сопротивление изменению постоянного тока наз-ют динам сопротивлением . Статическое сопротив опреде-ляется тангенсом угла между осью тока и прямой, проходящей через начало координат и рабочую точку А вольт-амперной характеристики (рис. 1). Динамическое сопротивление определяется тангенсом угла между осью тока и касательной, проведенной через ту же точку А. Из рис.1. видно, что. При этом у сопротивления вида : , а у сопротивления вида , наоборот . Степень нелинейности сопротивления вида и характеризуется так называемой добротностью (или качеством) нелинейного сопротивления . Этот параметр подсчитывается так: , и показывает, во сколько раз одно сопротивление (статическое или динамическое) в одной и той же рабочей точке на вольтамперной характеристике больше другого.

8. Ферромагнетики. Что вы понимаете под основной кривой намагничивания? Под остаточной магнитной индукции? Ферромагнетики – это кристаллические вещ-ва, у к-ых магнитные моменты отдельных ионов . У ферритов элементарную ячейку кристалла образуют ионы различ типа, у ферромагнетиков – одного типа. Как показали опыты Эйнштейна и де Гааза, а также опыты Н. Ф. Иоффе и П. Л.Капицы, магнитный момент иона ферромагнетика обусловлен упорядоченной ориентацией спиновых магнитных моментов. Среди вещ-в, имеющих магнитные св-ва, выделяются ферромагнетики, способные намагничиваться весьма сильно. Характерной особенностью ферромагнетиков явл-ся сложная нелинейная зависимость между индукцией и напряженностью поля . Индукция сначала быстро увеличивается, но по мере намагничивания ферромагнетика ее нарастание замедляется. По значениям индукции и напряженности поля можно определить намагниченность магнетика ( – магнитный момент единицы объема). Характер зависимости от для ферромагнетиков изображен на рис. 1.

Рис. 1. Кривая намагничения ферромагнетиков.

Ферромагнетикам свойственно явление гистерезиса. Каждый участок кривой намагничения ферромагнетика соответствует определенным физическим процессам, происходящим в образце под действием внешнего магнитного поля (рис. 2).

Рис. 2. Петля кистерзиса.

Точка О соответствует размагниченному состоянию образца. Ферромагнитные свойства вещества определяются не магнитными свойствами отдельных атомов или молекул, которые сами по себе парамагнитны, а намагничением целых областей, называемых доменами. Точка О соответствует размагниченному состоянию образца. Под влиянием внешнего поля происходит перестройка и перегруппировка таких «областей самопроизвольного намагничения» – доменов.

При медленном возрастании магнитного поля намагничение пойдет по первичной кривой 0-1-2-3-4. Здесь выделяются четыре участка, соответствующих различным механизмам процесса намагничения в слабых, средних и сильных магнитных полях.

В слабых полях (участок 0-1) происходит обратимые упругие смещения доменных границ. При этом домены, векторы намагничения которых «выгодно» ориентированы по отношению к внешнему магнитному полю, растут за счет соседних доменов. После снятия магнитного поля доменные границы возвращаются в свое первоначальное положение. При увеличении магнитного поля начинаются процессы необратимых смещений доменных границ (участок 1 - 2). В доменах векторы намагничения с «невыгодно» ориентированным магнитным моментом поворачиваются по направлению внешнего поля . При дальнейшем возрастании магнитного поля спиновые магнитные моменты постепенно устанавливаются в направлении поля. Участок кривой 2-3 называется областью вращения. Точка 3 соответствует такому состоянию ферромагнетика, когда все спонтанно намагниченные области ориентированы по направлению поля , т.е. достигнуто техническое насыщение ().После достижения насыщения () дальнейший рост поля приводит к очень незначительному изменению намагниченности. На участке 3 - 4 рост намагниченности происходит за счет ориентации спиновых моментов отдельных электронов. Это состояние называется парапроцессом или истинным намагничением. Если после магнитного насыщения попытаться привести образец в исходное состояние путем уменьшения поля , то обнаружится, что намагниченность начиная с некоторого значения поля будет отставать в своем уменьшении от поля и при окажется равной (рис. 2). Величина намагниченности образца в отсутствие внешнего поля называется остаточной намагниченностью (). В этом и заключается причина того, что из ферромагнитных материалов можно изготовлять постоянные магниты.

9. Ферромагнетики. В чем заключается явление магнитного гистерезиса? Что характеризует площадь петли гистерезиса? Среди веществ, имеющих магнитные свойства, выделяются ферромагнетики, способные намагничиваться весьма сильно. Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между индукцией и напряженностью поля . Индукция сначала быстро увеличивается, но по мере намагничивания ферромагнетика ее нарастание замедляется.

Рис. 1. Кривая намагничения ферромагнетиков.

В чем заключается явление магнитного гистерезиса? При медленном возрастании магнитного поля намагничение пойдет по первичной кривой 0-1-2-3-4. Здесь выделяются четыре участка, соответствующих различным механизмам процесса намагничения в слабых, средних и сильных магнитных полях. В слабых полях (участок 0-1) происходит обратимые упругие смещения доменных границ. При увеличении магнитного поля начинаются процессы необратимых смещений доменных границ (участок 1 - 2). Участок кривой 2-3 называется областью вращения. Точка 3 соответствует такому состоянию ферромагнетика, когда все спонтанно намагниченные области ориентированы по направлению поля , т.е. достигнуто техническое насыщение ().На участке 3 - 4 рост намагниченности происходит за счет ориентации спиновых моментов отдельных электронов. Это состояние называется парапроцессом или истинным намагничением. При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля намагниченность образца изменяется в соответствии с кривой 4 - 5 - 6 -7 - 4, которая называется петлей гистерезиса. Если максимальные значения приводят образец к намагниченности насыщения, то такая петля гистерезиса называется максимальной. Кривая, представляющая собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, называется основной кривой намагничения. Что характеризует площадь петли гистерезиса? Значение этой энергии, приходящейся на единицу объема образца, пропорциональна площади S петли гистерезиса, т.е. узость петли означает малые потери энергии на перемагничение. Этим объясняется тот факт, что магнито-мягкие материалы используются для изготовления сердечников в трансформаторах. В то же время для постоянных магнитов используется магнито-жесткие материалы.

10. Каковы свойства парамагнетиков, диамагнетиков, ферромагнетиков? Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Исходя из этих параметров, все вещества можно разделить на такие группы. Парамагнетики диамагнетики антиферромагнетики ферромагнетики и ферримагнетики. Диамагнетики это такие вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и при этом она не зависит от напряжённости магнитного поля. Отрицательная магнитная восприимчивость это когда к веществу подносят магнит а оно при этом отталкивается вместо того чтобы притягиваться. К ним относятся некоторые инертные газы. Также многие полупроводники кремний германий. о есть диамагнетики это вещества с ковалентными связями или находящиеся в сверхпроводящем состоянии.У парамагнетиков также магнитная восприимчивость не зависит от напряжённости поля, но при этом она положительна. То есть если сблизить парамагнетик с постоянным магнитом, то возникнет сила притягивания. К таким магнетикам относятся, кислород окись азота некоторые металлы соли железе и кобальта. Ферромагнетики обладают высокой положительной магнитной восприимчивостью. В отличие от предыдущих материалов магнитная восприимчивость у ферромагнетиков в значительной мере зависит от напряжённости магнитного поля и температуры.

При этом все рассмотренные магнитные материалы можно разделить еще на две категории. Это магнитомягкие и магнитотвердые материалы. К магнитотвердым относятся такие материалы, у которых высокое значение коэрцептивной силы. Чтобы их перемагнитить необходимо создать сильное магнитное поле. Такие материалы применяются для создания постоянных магнитов.Магнитомягкие материалы наоборот имеют малую коерцептивную силу и способны войти в насыщение при малых магнитных полях. Также у них узкая петля гистерезиса и малые потери на перемагничивание.

11. Ламповый диод. Чем обусловлен выход электрона с поверхности металла? Запишите формулу работы выхода электрона. Подчиняется ли проводимость вакуумной лампы закону Ома? Объясните физическую природу закона трех вторых. Ламповый диод - простейшая радиолампа, в которой, помимо катода, имеется ещё один электрод - анод, представляющий собой пустотелый металлический цилиндр, огибающий катод. Оба электрода помещают в стеклянный (керамический или металлический) баллон, из которого откачан воздух.

Схема включения лампового диода: А-анод, К-катод, Н-нить накала. Когда на анод подается небольшое положительное напряжение, большее число электронов притягивается им. Однако не все электроны достигают анода, так как большое облако электронов между катодом и анодом действует как отрицательный пространственный заряд, оказывающий отталкивающее действие на испускаемые катодом электроны. По мере того как на анод подается все большее положительное напряжение, эффект пространственного заряда ослабевает, и все большее и большее число электронов достигает анода. Если анод сделать отрицательным относительно катода, то электроны, испускаемые катодом, будут отталкиваться обратно к катоду, и в конце концов ток вовсе перестает течь, когда отрицательное напряжение на аноде становится равным нескольким вольтам. Все же из-за остатков газа в откачанном баллоне и из-за утечки по поверхности стекла какой-то обратный ток существует. Диод обладает свойством односторонней проводимости и пропускает ток лишь в том случае, если внешнее напряжение приложено к аноду в положительной полярности. Это свойство диода является основным, и в какой бы схеме он не работал, какие бы функции не выполняла схема, работа самого диода всегда основана на свойстве односторонней проводимости. Рассмотрим природу сил, препятствующих выходу электронов из металла и образующих работу выхода . Отдельные электроны проводимости, двигаясь внутри металла с большими скоростями, могут пересекать поверхность металла. Вылетевший из металла электрон удаляется от поверхности до тех пор, пока кулоновское взаимодействие с избыточным положительным зарядом, возникшим на месте, которое покинул электрон, не заставит его вернуться обратно. Постоянно одни электроны «испаряются» с поверхности металла, другие возвращаются обратно. Поэтому металл оказывается окутанным облаком электронов, образующих совместно с наружным слоем положительных ионов двойной электрический слой. Поле двойного слоя препятствует выходу электронов из металла. Др силой, препятствующий выходу электрона из металла, является кулоновская сила индуцированного им положительного заряда. Оба этих физических процесса и определяют величину . При комнатной температуре практически все свободные электроны заперты, в пределах проводника, имеется лишь небольшое количество электронов, энергия которых достаточна для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер и выйти из металла.

Когда потенциал анода равен нулю, сила тока мала, она определяется лишь самыми быстрыми термоэлектронами, способными достигнуть анода. При увеличения положит потенциала анода сила тока возрастает и затем достигает насыщения, т.е. почти перестает зависеть от анодного напряжения. При увеличении температуры катода увеличивается и значение тока, при котором достигается насыщение. Одновременно увеличивается и то анодное напряжение, при котором устанавливается ток насыщения. Таким образом, ВАХ диода оказывается нелинейной, т.е. не выполняется закон Ома. Это объясняется тем, что при термоэлектронной эмиссии у поверхности катода создается довольно большая плотность электронов. Они создают общий отрицательный заряд, и электроны, вылетающие с малой скоростью, не могут его проскочить. С увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке пространственного заряда уменьшается. Поэтому и тормозящее действие пространственного заряда делается меньше, а анодный ток растет быстрее, чем в прямой зависимости от анодного напряжения. Теоретически зависимость анодного тока от анодного напряжения на участке 1-2 была получена Ленгмюром и Богуславским. Она наз-ся еще «законом трех вторых».

12. L, C, R –контур. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных: омического сопротивления R, катушки самоиндукцииL и конденсатора С, к концам которого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону: U= U₀Определите соотношение между значениями тока и напряжения для цепи, содержащей только омическое сопротивление R. Нарисуйте колебания IиU на сопротивлении R. Расс-им участок цепи, состоящий из последовательно соединенных: омического сопротив R, катушки самоиндукции L и конденсатора С (рис. 1), к концам к-ого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону:(1). Случай 1. Цепь не содержит конденсатора и катушки (рис. 2), т.е. источник замкнут только на омическое сопротивление. Такое сопротивление называется активным. В такой цепи имеется переменный ток (2) Применяя к такому участку цепи закон Ома, имеем: . (3).

Рис. 2. Сопротивление в цепи переменного тока.

Рис.1. Колебательный контур.

Максимальное напряжение есть(4)

Рис. 3. Колебания тока и напряжения на сопротивлении.

Гармонически изменяющиеся величины можно наглядно изображать при помощи векторных диаграмм. Выберем ось диаграмм таким образом, чтобы вектор, изображающий колебание тока, был направлен вдоль этой оси (оси токов). Тогда вектор, изображающий колебание напряжения, будет направлен по оси токов, так как разность фаз между током и напряжением равна нулю. Длина этого вектора равна амплитуде напряжения I₀R.

0 Ось токов I

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжения на сопротивлении.

Случай 2.Рассмотрим участок цепи, содержащий емкость С, и пренебрежем сопротивлением и индуктивностью участка. Напряжение на конденсаторе, ( – заряд конденсатора) т.к.

, то .

Рис. 5. Конденсатор в цепи переменного тока.

Имеем:

. (6)

. (7)

_{Видим, что при синусоидальных колебаниях тока в цепи напряжение на конденсаторе изменяется также по закону синуса, только с отставанием по фазе} на (рис. 6). Физический смысл: напряжение на конденсаторе в какой-либо момент времени определяется существующим зарядом. Из (7) видно, что амплитуда напряжения на конденсаторе равна . Сравнивая это, выражение с законом Ома для участка цепи с постоянным током имеем: , (8), где – емкостное сопротивление. Из (8) видно, что при очень высоких частотах малые емкости могут представлять совсем небольшое сопротивление для переменного тока. В векторной диаграмме вектор, изображающий колебание напряжения, не совпадает с осью токов (рис. 7). Он повернут в отрицательном направлении (по часовой стрелке) на угол . Длина этого вектора равна амплитуде напряжения _.

Случай 3.Участок цепи содержит только индуктивность (рис. 8). При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникает э.д.с. самоиндукции, по закону Ома для участка цепи с Э.Д.С:

, где – активное сопротивление катушки(),

, _, следовательно:

. (9)

Видим, что колебания напряжения на индуктивности опережают по фазе колебания тока на . Физический смысл возникновения этой разности фаз в следующем: если сопротивление участка равно нулю, то приложенное напряжение в точности уравновешивает э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. же пропорциональна не мгновенному значению тока, а быстроте его изменения, которая будет наибольшей в те моменты, когда сила тока проходит через нуль. Поэтому максимум напряжения совпадает с нулями тока и наоборот (рис. 9). Амплитуда напряжения равна: , а значит (10) играет ту же роль, что и сопротивление участка и называется индуктивным сопротивлением. Вектор, изображающий колебание напряжения, повернут относительно оси токов в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол , а его длина, равная амплитуде напряжения, есть (рис. 10). Теперь мы можем найти соотношение между колебаниями тока и напряжением в любой цепи.

Рис. 6. Колебания тока в цепи и напряжения на конденсаторе.

Рис. 7. Векторная диаграмма напряжения на конденсаторе.

Рис.8. Индуктивность в цепи переменного тока.

Рис. 9. Колебания тока и напряжения на индуктивности.

Рис. 10. Векторная диаграмма напряжения на индуктивности.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных сопротивлений, емкости и индуктивности (рис. 11). Так как при последовательном соединении проводников складываются напряжения, то искомое напряжение есть сумма трех напряжений на сопротивлении, на емкости и на индуктивности. На рис. 12 приведена векторная диаграмма напряжений для такой цепи. Колебания напряжения на сопротивлении изображаются на ней вектором U_a, направленным вдоль оси токов и имеющим длину U_a = I₀R, колебания на индуктивности и емкости – векторами, перпендикулярными к оси токов, с длинами и . Складывая два последних колебания, получим одно гармоническое колебание, изображаемое вектором U_p, перпендикулярным к оси токов и имеющим длину

(11), – напряжение, совпадающее по фазе с током, наз-ся активным напряжением. – отличающее по фазе с током на – реактивным напряжением. U_p и U_a, складываясь, дают гармоническое колебание

. Из рис. 12 видно, что длина результирующего вектора равна амплитуде напряжения U₀, а угол, образованный результирующим вектором с осью токов, – сдвигу фазы. Из треугольника напряжений (рис. 12) получим

. (12)

Рис. 11. Последовательное соединение сопротивления, емкости и индуктивности.

Эта формула называется законом Ома для переменного тока, и относится только к амплитудам, а не к мгновенным значениям U и I. Соответственно

(13) называют сопротивлением цепи для переменного тока, – есть активное сопротивление цепи, а – реактивное сопротивление цепи.

Рис. 12. Векторная диаграмма напряжений для цепи, изображенной на рис. 11.

13. L, C, R –контур. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных: омического сопротивления R, катушки самоиндукцииL и конденсатора С, к концам которого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону: U= U₀Определите соотношение между значениями тока и напряжения для цепи, содержащей только емкость С.Нарисуйте колебания IиU на конденсаторе С. Расс-им участок цепи, состоящий из последовательно соединенных: омического сопротив R, катушки самоиндукции L и конденсатора С (рис. 1), к концам к-ого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону:(1). Случай 1. Цепь не содержит конденсатора и катушки (рис. 2), т.е. источник замкнут только на омическое сопротивление. Такое сопротивление называется активным. В такой цепи имеется переменный ток (2) Применяя к такому участку цепи закон Ома, имеем: . (3).

Рис. 2. Сопротивление в цепи переменного тока.

Рис.1. Колебательный контур.

Максимальное напряжение есть(4)

Рис. 3. Колебания тока и напряжения на сопротивлении.

Гармонически изменяющиеся величины можно наглядно изображать при помощи векторных диаграмм. Выберем ось диаграмм таким образом, чтобы вектор, изображающий колебание тока, был направлен вдоль этой оси (оси токов). Тогда вектор, изображающий колебание напряжения, будет направлен по оси токов, так как разность фаз между током и напряжением равна нулю. Длина этого вектора равна амплитуде напряжения I₀R.

0 Ось токов I

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжения на сопротивлении.

Случай 2.Рассмотрим участок цепи, содержащий емкость С, и пренебрежем сопротивлением и индуктивностью участка. Напряжение на конденсаторе, ( – заряд конденсатора) т.к.

, то .

Рис. 5. Конденсатор в цепи переменного тока.

Имеем:

. (6)

. (7)

_{Видим, что при синусоидальных колебаниях тока в цепи напряжение на конденсаторе изменяется также по закону синуса, только с отставанием по фазе} на (рис. 6). Физический смысл: напряжение на конденсаторе в какой-либо момент времени определяется существующим зарядом. Из (7) видно, что амплитуда напряжения на конденсаторе равна . Сравнивая это, выражение с законом Ома для участка цепи с постоянным током имеем: , (8), где – емкостное сопротивление. Из (8) видно, что при очень высоких частотах малые емкости могут представлять совсем небольшое сопротивление для переменного тока. В векторной диаграмме вектор, изображающий колебание напряжения, не совпадает с осью токов (рис. 7). Он повернут в отрицательном направлении (по часовой стрелке) на угол . Длина этого вектора равна амплитуде напряжения _.

Случай 3.Участок цепи содержит только индуктивность (рис. 8). При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникает э.д.с. самоиндукции, по закону Ома для участка цепи с Э.Д.С:

, где – активное сопротивление катушки(),

, _, следовательно:

. (9)

Видим, что колебания напряжения на индуктивности опережают по фазе колебания тока на . Физический смысл возникновения этой разности фаз в следующем: если сопротивление участка равно нулю, то приложенное напряжение в точности уравновешивает э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. же пропорциональна не мгновенному значению тока, а быстроте его изменения, которая будет наибольшей в те моменты, когда сила тока проходит через нуль. Поэтому максимум напряжения совпадает с нулями тока и наоборот (рис. 9). Амплитуда напряжения равна: , а значит (10) играет ту же роль, что и сопротивление участка и называется индуктивным сопротивлением. Вектор, изображающий колебание напряжения, повернут относительно оси токов в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол , а его длина, равная амплитуде напряжения, есть (рис. 10). Теперь мы можем найти соотношение между колебаниями тока и напряжением в любой цепи.

Рис. 6. Колебания тока в цепи и напряжения на конденсаторе.

Рис. 7. Векторная диаграмма напряжения на конденсаторе.

Рис.8. Индуктивность в цепи переменного тока.

Рис. 9. Колебания тока и напряжения на индуктивности.

Рис. 10. Векторная диаграмма напряжения на индуктивности.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных сопротивлений, емкости и индуктивности (рис. 11). Так как при последовательном соединении проводников складываются напряжения, то искомое напряжение есть сумма трех напряжений на сопротивлении, на емкости и на индуктивности. На рис. 12 приведена векторная диаграмма напряжений для такой цепи. Колебания напряжения на сопротивлении изображаются на ней вектором U_a, направленным вдоль оси токов и имеющим длину U_a = I₀R, колебания на индуктивности и емкости – векторами, перпендикулярными к оси токов, с длинами и . Складывая два последних колебания, получим одно гармоническое колебание, изображаемое вектором U_p, перпендикулярным к оси токов и имеющим длину

(11), – напряжение, совпадающее по фазе с током, наз-ся активным напряжением. – отличающее по фазе с током на – реактивным напряжением. U_p и U_a, складываясь, дают гармоническое колебание

. Из рис. 12 видно, что длина результирующего вектора равна амплитуде напряжения U₀, а угол, образованный результирующим вектором с осью токов, – сдвигу фазы. Из треугольника напряжений (рис. 12) получим

. (12)

Рис. 11. Последовательное соединение сопротивления, емкости и индуктивности.

Эта формула называется законом Ома для переменного тока, и относится только к амплитудам, а не к мгновенным значениям U и I. Соответственно

(13) называют сопротивлением цепи для переменного тока, – есть активное сопротивление цепи, а – реактивное сопротивление цепи.

Рис. 12. Векторная диаграмма напряжений для цепи, изображенной на рис. 11.

14. L, C, R –контур. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных: омического сопротивления R, катушки самоиндукции L и конденсатора С, к концам которого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону: U= U₀Определите соотношение между значениями тока и напряжения для цепи, содержащей только катушку индуктивности L .Нарисуйте колебания I и U на индуктивности L. Расс-им участок цепи, состоящий из последовательно соединенных: омического сопротив R, катушки самоиндукции L и конденсатора С (рис. 1), к концам к-ого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону:(1). Случай 1. Цепь не содержит конденсатора и катушки (рис. 2), т.е. источник замкнут только на омическое сопротивление. Такое сопротивление называется активным. В такой цепи имеется переменный ток (2) Применяя к такому участку цепи закон Ома, имеем: . (3).

Рис. 2. Сопротивление в цепи переменного тока.

Рис.1. Колебательный контур.

Максимальное напряжение есть(4)

Рис. 3. Колебания тока и напряжения на сопротивлении.

Гармонически изменяющиеся величины можно наглядно изображать при помощи векторных диаграмм. Выберем ось диаграмм таким образом, чтобы вектор, изображающий колебание тока, был направлен вдоль этой оси (оси токов). Тогда вектор, изображающий колебание напряжения, будет направлен по оси токов, так как разность фаз между током и напряжением равна нулю. Длина этого вектора равна амплитуде напряжения I₀R.

0 Ось токов I

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжения на сопротивлении.

Случай 2.Рассмотрим участок цепи, содержащий емкость С, и пренебрежем сопротивлением и индуктивностью участка. Напряжение на конденсаторе, ( – заряд конденсатора) т.к.

, то .

Рис. 5. Конденсатор в цепи переменного тока.

Имеем:

. (6)

. (7)

_{Видим, что при синусоидальных колебаниях тока в цепи напряжение на конденсаторе изменяется также по закону синуса, только с отставанием по фазе} на (рис. 6). Физический смысл: напряжение на конденсаторе в какой-либо момент времени определяется существующим зарядом. Из (7) видно, что амплитуда напряжения на конденсаторе равна . Сравнивая это, выражение с законом Ома для участка цепи с постоянным током имеем: , (8), где – емкостное сопротивление. Из (8) видно, что при очень высоких частотах малые емкости могут представлять совсем небольшое сопротивление для переменного тока. В векторной диаграмме вектор, изображающий колебание напряжения, не совпадает с осью токов (рис. 7). Он повернут в отрицательном направлении (по часовой стрелке) на угол . Длина этого вектора равна амплитуде напряжения _.

Случай 3.Участок цепи содержит только индуктивность (рис. 8). При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникает э.д.с. самоиндукции, по закону Ома для участка цепи с Э.Д.С:

, где – активное сопротивление катушки(),

, _, следовательно:

. (9)

Видим, что колебания напряжения на индуктивности опережают по фазе колебания тока на . Физический смысл возникновения этой разности фаз в следующем: если сопротивление участка равно нулю, то приложенное напряжение в точности уравновешивает э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. же пропорциональна не мгновенному значению тока, а быстроте его изменения, которая будет наибольшей в те моменты, когда сила тока проходит через нуль. Поэтому максимум напряжения совпадает с нулями тока и наоборот (рис. 9). Амплитуда напряжения равна: , а значит (10) играет ту же роль, что и сопротивление участка и называется индуктивным сопротивлением. Вектор, изображающий колебание напряжения, повернут относительно оси токов в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол , а его длина, равная амплитуде напряжения, есть (рис. 10). Теперь мы можем найти соотношение между колебаниями тока и напряжением в любой цепи.

Рис. 6. Колебания тока в цепи и напряжения на конденсаторе.

Рис. 7. Векторная диаграмма напряжения на конденсаторе.

Рис.8. Индуктивность в цепи переменного тока.

Рис. 9. Колебания тока и напряжения на индуктивности.

Рис. 10. Векторная диаграмма напряжения на индуктивности.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных сопротивлений, емкости и индуктивности (рис. 11). Так как при последовательном соединении проводников складываются напряжения, то искомое напряжение есть сумма трех напряжений на сопротивлении, на емкости и на индуктивности. На рис. 12 приведена векторная диаграмма напряжений для такой цепи. Колебания напряжения на сопротивлении изображаются на ней вектором U_a, направленным вдоль оси токов и имеющим длину U_a = I₀R, колебания на индуктивности и емкости – векторами, перпендикулярными к оси токов, с длинами и . Складывая два последних колебания, получим одно гармоническое колебание, изображаемое вектором U_p, перпендикулярным к оси токов и имеющим длину

(11), – напряжение, совпадающее по фазе с током, наз-ся активным напряжением. – отличающее по фазе с током на – реактивным напряжением. U_p и U_a, складываясь, дают гармоническое колебание

. Из рис. 12 видно, что длина результирующего вектора равна амплитуде напряжения U₀, а угол, образованный результирующим вектором с осью токов, – сдвигу фазы. Из треугольника напряжений (рис. 12) получим

. (12)

Рис. 11. Последовательное соединение сопротивления, емкости и индуктивности.

Эта формула называется законом Ома для переменного тока, и относится только к амплитудам, а не к мгновенным значениям U и I. Соответственно

(13) называют сопротивлением цепи для переменного тока, – есть активное сопротивление цепи, а – реактивное сопротивление цепи.

Рис. 12. Векторная диаграмма напряжений для цепи, изображенной на рис. 11.

15. L, C, R –контур. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных: омического сопротивления R, катушки самоиндукции L и конденсатора С, к концам которого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону: U= U₀Запишите формулу полного сопротивления цепи для переменного тока и зарисуйте векторную диаграмму напряжений для L, C, Rконтура. Расс-им участок цепи, состоящий из последовательно соединенных: омического сопротив R, катушки самоиндукции L и конденсатора С (рис. 1), к концам к-ого приложено напряжение, меняющееся по гармоническому закону:(1). Случай 1. Цепь не содержит конденсатора и катушки (рис. 2), т.е. источник замкнут только на омическое сопротивление. Такое сопротивление называется активным. В такой цепи имеется переменный ток (2) Применяя к такому участку цепи закон Ома, имеем: . (3).

Рис. 2. Сопротивление в цепи переменного тока.

Рис.1. Колебательный контур.

Максимальное напряжение есть(4)

Рис. 3. Колебания тока и напряжения на сопротивлении.

Гармонически изменяющиеся величины можно наглядно изображать при помощи векторных диаграмм. Выберем ось диаграмм таким образом, чтобы вектор, изображающий колебание тока, был направлен вдоль этой оси (оси токов). Тогда вектор, изображающий колебание напряжения, будет направлен по оси токов, так как разность фаз между током и напряжением равна нулю. Длина этого вектора равна амплитуде напряжения I₀R.

0 Ось токов I

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжения на сопротивлении.

Случай 2.Рассмотрим участок цепи, содержащий емкость С, и пренебрежем сопротивлением и индуктивностью участка. Напряжение на конденсаторе, ( – заряд конденсатора) т.к.

, то .

Рис. 5. Конденсатор в цепи переменного тока.

Имеем:

. (6)

. (7)

_{Видим, что при синусоидальных колебаниях тока в цепи напряжение на конденсаторе изменяется также по закону синуса, только с отставанием по фазе} на (рис. 6). Физический смысл: напряжение на конденсаторе в какой-либо момент времени определяется существующим зарядом. Из (7) видно, что амплитуда напряжения на конденсаторе равна . Сравнивая это, выражение с законом Ома для участка цепи с постоянным током имеем: , (8), где – емкостное сопротивление. Из (8) видно, что при очень высоких частотах малые емкости могут представлять совсем небольшое сопротивление для переменного тока. В векторной диаграмме вектор, изображающий колебание напряжения, не совпадает с осью токов (рис. 7). Он повернут в отрицательном направлении (по часовой стрелке) на угол . Длина этого вектора равна амплитуде напряжения _.

Случай 3.Участок цепи содержит только индуктивность (рис. 8). При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникает э.д.с. самоиндукции, по закону Ома для участка цепи с Э.Д.С:

, где – активное сопротивление катушки(),

, _, следовательно:

. (9)

Видим, что колебания напряжения на индуктивности опережают по фазе колебания тока на . Физический смысл возникновения этой разности фаз в следующем: если сопротивление участка равно нулю, то приложенное напряжение в точности уравновешивает э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. же пропорциональна не мгновенному значению тока, а быстроте его изменения, которая будет наибольшей в те моменты, когда сила тока проходит через нуль. Поэтому максимум напряжения совпадает с нулями тока и наоборот (рис. 9). Амплитуда напряжения равна: , а значит (10) играет ту же роль, что и сопротивление участка и называется индуктивным сопротивлением. Вектор, изображающий колебание напряжения, повернут относительно оси токов в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол , а его длина, равная амплитуде напряжения, есть (рис. 10). Теперь мы можем найти соотношение между колебаниями тока и напряжением в любой цепи.

Рис. 6. Колебания тока в цепи и напряжения на конденсаторе.

Рис. 7. Векторная диаграмма напряжения на конденсаторе.

Рис.8. Индуктивность в цепи переменного тока.

Рис. 9. Колебания тока и напряжения на индуктивности.

Рис. 10. Векторная диаграмма напряжения на индуктивности.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных сопротивлений, емкости и индуктивности (рис. 11). Так как при последовательном соединении проводников складываются напряжения, то искомое напряжение есть сумма трех напряжений на сопротивлении, на емкости и на индуктивности. На рис. 12 приведена векторная диаграмма напряжений для такой цепи. Колебания напряжения на сопротивлении изображаются на ней вектором U_a, направленным вдоль оси токов и имеющим длину U_a = I₀R, колебания на индуктивности и емкости – векторами, перпендикулярными к оси токов, с длинами и . Складывая два последних колебания, получим одно гармоническое колебание, изображаемое вектором U_p, перпендикулярным к оси токов и имеющим длину

(11), – напряжение, совпадающее по фазе с током, наз-ся активным напряжением. – отличающее по фазе с током на – реактивным напряжением. U_p и U_a, складываясь, дают гармоническое колебание

. Из рис. 12 видно, что длина результирующего вектора равна амплитуде напряжения U₀, а угол, образованный результирующим вектором с осью токов, – сдвигу фазы. Из треугольника напряжений (рис. 12) получим

. (12)

Рис. 11. Последовательное соединение сопротивления, емкости и индуктивности.

Эта формула называется законом Ома для переменного тока, и относится только к амплитудам, а не к мгновенным значениям U и I. Соответственно

(13) называют сопротивлением цепи для переменного тока, – есть активное сопротивление цепи, а – реактивное сопротивление цепи.

Рис. 12. Векторная диаграмма напряжений для цепи, изображенной на рис. 11.

16. Нарисуйте и объясните ВАХ (вольт-амперная характеристика) лампового диода. Что такое ток насыщения и как он зависит от температуры? Закон Богулавского-Ленгмюра. Ламповый диод - простейшая радиолампа, в которой, помимо катода, имеется ещё один электрод - анод, представляющий собой пустотелый металлический цилиндр, огибающий катод. Оба электрода помещают в стеклянный (керамический или металлический) баллон, из которого откачан воздух.

Схема включения лампового диода: А-анод, К-катод, Н-нить накала. Когда на анод подается небольшое положительное напряжение, большее число электронов притягивается им. Однако не все электроны достигают анода, так как большое облако электронов между катодом и анодом действует как отрицательный пространственный заряд, оказывающий отталкивающее действие на испускаемые катодом электроны. По мере того как на анод подается все большее положительное напряжение, эффект пространственного заряда ослабевает, и все большее и большее число электронов достигает анода. Если анод сделать отрицательным относительно катода, то электроны, испускаемые катодом, будут отталкиваться обратно к катоду, и в конце концов ток вовсе перестает течь, когда отрицательное напряжение на аноде становится равным нескольким вольтам. Все же из-за остатков газа в откачанном баллоне и из-за утечки по поверхности стекла какой-то обратный ток существует. Диод обладает свойством односторонней проводимости и пропускает ток лишь в том случае, если внешнее напряжение приложено к аноду в положительной полярности. Это свойство диода является основным, и в какой бы схеме он не работал, какие бы функции не выполняла схема, работа самого диода всегда основана на свойстве односторонней проводимости. Рассмотрим природу сил, препятствующих выходу электронов из металла и образующих работу выхода . Отдельные электроны проводимости, двигаясь внутри металла с большими скоростями, могут пересекать поверхность металла. Вылетевший из металла электрон удаляется от поверхности до тех пор, пока кулоновское взаимодействие с избыточным положительным зарядом, возникшим на месте, которое покинул электрон, не заставит его вернуться обратно. Постоянно одни электроны «испаряются» с поверхности металла, другие возвращаются обратно. Поэтому металл оказывается окутанным облаком электронов, образующих совместно с наружным слоем положительных ионов двойной электрический слой. Поле двойного слоя препятствует выходу электронов из металла. Др силой, препятствующий выходу электрона из металла, является кулоновская сила индуцированного им положительного заряда. Оба этих физических процесса и определяют величину . При комнатной температуре практически все свободные электроны заперты, в пределах проводника, имеется лишь небольшое количество электронов, энергия которых достаточна для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер и выйти из металла.

Закон Богуславского-Ленгмюра. Простая электронная лампа - диод имеет два электрода – анод и катод, помещенные в вакууме (см. рис. 1). Диод работает следующим образом: При подаче напряжения накала нагревается спираль подогревателя внутри катода и температура катода повышается до температуры 600-1200^оС. Нагретый катод испускает электроны за счет явления термоэлектронной эмиссии, которое заключается в том, что при повышении температуры внутри металлического катода повышается энергия электронов. При этом электроны начинают вылетать с поверхности катода, совершая работу выхода. Вылетевшие электроны образуют электронное облако у поверхности катода, которое создает пространственный заряд. Если подать достаточно большое положит напряжение на анод В, то электроны будут двигаться с ускорением к аноду, так как на них действует электрическое поле. Таким образом, через вакуумное пространство проходит анодный ток

Рис. 1. Устройство вакуумной лампы. А – анод, К – катод, Н – накал катода

Зависимость анодного тока от анодного напряжения называется ВАХ и теоретически описывается формулой , (1), называемой законом "трех-вторых" или законом Богуславского-Ленгмюра. Коэффициент зависит от формы и размеров электродов лампы. Формула (1) получена из следующих допущений:

1. Начальные скорости электронов равны нулю или очень малы.

2. Анодный ток растет пропорционально с ростом анодного напряжения . Если анодное напряжение очень большое, то все электроны из облака будут стремиться к аноду и при этом ток анода перестанет зависеть от анодного напряжения , это есть ток насыщения.

3. У поверхности катода напряженность электрического поля близка к нулю.

В случае диода с цилиндрическими электродами, расположенными коаксиально, (катод расположен внутри анода и их центры совпадают) закон "трех вторых", имеет вид:

, (2), где – удельный заряд электрона, – радиус анода, – длина катода, – коэффициент, который зависит от отношения радиусов анода и катода, , – радиус катода. Если сравнить формулы (1) и (2), то можно записать, что . (3). Отсюда находим . (4). Возведем обе стороны в квадрат и получим (5). Таким образом, если исследовать вольтамперную характеристику диода и построить график зависимости анодного тока от анодного напряжения в степени три вторых, то коэффициент k будет численно равен тангенсу угла наклона полученной кривой к оси абсцисс . Определив, таким образом, из формулы (5) можно найти отношение , т.е. удельный заряд электрона. На самом деле, получаемый в эксперименте график зависимости отклоняется от закона трех вторых, поскольку не очень точно выполняются вышеуказанные допущения, сделанные при теоретическом выводе закона Богуславского-Ленгмюра. Наиболее важные факторы, приводящие к такому отклонению от закона трех вторых, следующие:

1. Начальные скорости вылетающих из раскаленного катода электронов не равны нулю. Из-за этого изменяется характер распределения потенциала между анодом и катодом, поэтому напряженность электрического поля у поверхности катода не равна нулю.

2. Асимметрия системы электродов (например, несовпадение центров анода и катода). Это тоже приводит к неравномерному распределению электрического поля между электродами.

3. Наличие остатков газа внутри лампы, т.е. недостаточно высокая степень вакуума в лампе. При высоких анодных напряжениях поток электронов, летящих к аноду, ионизирует газ. Возникающие при этом положительные ионы взаимодействуют с отрицательным пространственным зарядом, поэтому анодный ток возрастает значительно быстрее, чем это следует из закона "трех вторых". Указанные факторы приводят к заметным отклонениям от закона "трех вторых" и погрешностям при определении удельного заряда электрона по формуле (5). При снятии вольтамперных характеристик вакуумного диода при разных токах накала получается семейство характеристик, несколько различных даже при низких анодных напряжениях. Это связано с тем, что при изменении температуры катода контактная разность потенциалов между катодом и анодом и начальные скорости электронов изменяются.

17. Основная характеристика и параметры полупроводникового диода. Какая разница между диффузионным и дрейфовым током? Полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом, имеющий два омических вывода, называют полупроводниковым диодом. Одна из областей р-n-структуры (р+), называемаяэмиттером, имеет большую концентрацию основных носителей заряда, чем другая область, называемая базой. При обратном напряжении диода свыше определенного  критического значения наблюдается резкий рост обратного тока -это явление называют пробоем диода. Емкости диода. Принято говорить об общей емкости диода Сд , измеренной между выводами диода при заданном напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости С6 , диффузионной емкости Сдиф и емкости корпуса прибора Ск. Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным объемным зарядом ионов примесей, сосредоточенными по обе стороны от границы р-n-перехода. Диффузионная емкость. Изменение величины объемного заряда неравновесных электронов и дырок, вызванное изменением прямого тока, можно рассматривать как следствие наличия так называемой диффузионной емкости, которая включена параллельно барьерной емкости. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц – 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость. Дифференциальным сопротивлением диода называют отношение приращения напряжения на диоде к вызванному им приращению тока:rДИФ = dU/dI. Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода. Здесь же пунктиром показана теоретическая ВАХ электронно-дырочного перехода, определяемая соотношением I=I0(еU/(mjт)-1),  где Iо — обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало); U — напряжение на p-n-переходе; jт = kT/e — температурный потенциал (k — постоянная Больцмана, Т — температура, е — заряд электрона); m — поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых р-n-переходов и m = 2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе). Ток, возникающий при диффузии носителей заряда из области, где их концентрация повышена в направлении области с более низкой концентрацией, называется диффузионным. область, содержащая неподвижные заряды, создает электрическое поле, величина которого пропорциональна размерам заряженных областей, а направление такое, что вызывает дрейф электронов или дырок навстречу диффузионному потоку. Дрейфовым потоком (током проводимости) называется перенос носителей заряда вследствие действия на них электрического поля. Поэтому можно рассматривать результирующий перенос носителей данного типа как разность между переносом вследствие диффузии и переносом за счет дрейфа, т.е. как разность между диффузионным и дрейфовым токами. При равновесии дрейфовые и диффузионные компоненты электронных и дырочных потоков уравновешивают друг друга и полный ток во внешних выводах равен нулю. Диффузия и дрейф происходят только вблизи перехода. Вдали от перехода р- и n-области нейтральны и однородны. Степень неравномерности распределения носителей заряда характеризуется градиентом концентрации; его определяют как отношение изменения концентрации к изменению расстояния, на котором оно происходит. Чем больше градиент концентрации, т.е. чем резче она изменяется, тем больше диффузионный ток.

18. Как устроен триод? Для чего служит сетка? Какое явление изучили на основе триода?

Рис. 1. Устройство и схематическое изображение трехэлектродной лампы:

А - анод, К - катод, С - сетка, Н – накал

Триод отличается от лампового диода только наличием в ней сетки. При включении триода напряжение подается на нить накала Н, на анод А (точнее между анодом и катодом К), на сетку С (между сеткой и катодом). Схема включения содержит, таким образом, три самостоятельные цепи: накала, анода и сетки. Разность потенциалов между сеткой и катодом называется напряжением сетки и обозначается . На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа различных вакуумных ламп. Вакуумная лампа состоит из катода, анода и сетки (за исключением лампового диода). По общему числу электродов различают лампы двухэлектродные, трехэлектродные, четырехэлектродные, пятиэлектродные и т.д. В каждой лампе обязательно есть катод – отрицательный электрод, являющийся источником электронов в лампе и анод – положительный электрод Сетки представляют собой спирали из тонкой проволоки. Они окружают катод и, не соприкасаясь, расположены на разных расстояниях от него. Число сеток в лампе может быть от одной до пяти. Из-за эффекта термоэлектронной эмиссии раскаленный катод испускает электроны, образующие вблизи катода отрицательный объемный (пространственный) заряд. Чтобы электроны попадали на анод, в электронной лампе должно быть ускоряющее электрическое поле. Для этого на анод подается положительный потенциал относительно катода. Электроны, попадающие на анод, создают в его цепи ток, называемый анодным током . Чем выше анодное напряжение, тем больше электронов притянет к себе анод, тем значительнее будет анодный ток. Установившийся при этом в цепи максимальный термоэлектронный ток, возможный при данной температуре накала, называется током насыщения. Таким образом, анодный ток зависит от двух факторов: от температуры нити накала (катода) и напряжения на аноде. Изменение потенциала на сетке оказывает большее влияние на анодный ток, чем такое же изменение потенциала на аноде, так как сетка находится гораздо ближе к катоду, чем к аноду. Если к сетке приложить положительное напряжение относительно катода, то поток электронов, испускаемых катодом, будет ускоряться. В случае если потенциал сетки отрицательный, поток электронов будет тормозиться. Сетка позволяет управлять режимом работы лампы и поэтому называется управляющей сеткой.

Рис. 2. Семейство анодных характеристик триода.

Рис. 3. Семейство анодно - сеточных характеристик триода.

19. На чем основан принцип действия биполярного транзистора? Что такое коэффициент усиления? Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Все транзисторы можно разделить на два общих класса: биполярные и униполярные (полевые). Работа биполярных транзисторов основана на использовании носителей зарядов обоих знаков – электронов и дырок. На рис. 1 изображена структура типичного биполярного транзистора. Центральная область р-типа, называемая базой, заключена между двумя областями n-типа – эмиттером и коллектором. Такую структуру принято называть транзистором n-р-n типа. Если для эмиттерной и коллекторной областей выбрать полупроводник р-типа, а для области базы – полупроводник n-типа, то можно построить транзистор типа р-n-р. В любом случае у биполярного транзистора имеются два р-n перехода, между которыми находится область базы. Принцип действия биполярного транзистора, как управляющего элемента, основан на сочетании процесса инжекции носителей через один р-n переход и собирания их на другом р-n переходе. При работе транзистора в режиме усиления эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный переход в обратном. В случае n-р-n транзистора с общей базой это означает, что к эмиттеру приложен отрицательный потенциал, а к коллектору приложен положительный потенциал в соответствии с рис. 3. Если эмиттерная область легирована значительно сильнее, чем базовая область, то электронная составляющая тока намного больше дырочной. Когда переход эмиттер-база смещен (открыт) в прямом направлении, из эмиттера в базовую область течет заметный электронный ток, т.е. электроны эмитируются в базу. Степень легирования базы должна быть ниже, чем у эмиттера для уменьшения вероятности рекомбинации инжектированных электронов с дырками базовой области. Таким образом, при прямом смещении наэмиттером переходе число неосновных носителей (электронов в транзисторе n-р-n типа) в базе около этого перехода сильно возрастает. Концентрация около смещенного в обратном направлении коллекторного перехода со стороны базы до тех пор, пока инжектированные электроны не достигли этого перехода, очень мала. Такая комбинация двух р-n переходов, смещенных в противоположных направлениях, создает большой градиент концентрации неосновных носителей вдоль базы. Вследствие теплового движения в базе образуется диффузионный поток неосновных носителей от эмиттерного перехода (где они в избытке) к коллекторному переходу и далее в область коллектора. Изэмиттера электроны инжектируются в базу, далее движутся через базу к коллекторному переходу вследствие диффузии и, наконец, втягиваются в коллектор электрическим полем. Толщина базы мала (1–10 мкм), чтобы значительная часть электронов, поступивших из эмиттера, могла пройти через нее.

Рис. 1. Структура биполярноготранзистора.	Рис.2. Инжекция основных носителей заряда.

Почти все инжектированные в базу электроны достигают коллектора. Однако незначительное их число рекомбинирует с дырками в базе. Для компенсации дырок, число которых убывает в результате рекомбинации, а также вследствие инжекции их из области базы в область эмиттера, некоторое количество дырок должно поступать в базу через базовый вывод. Из коллектора эти дырки поступать не могут, поскольку там они являются неосновными носителями и их число мало.

Рис. 3. Схема работы n-р-n транзистора с общей базой.

Таким образом, коллекторный переход представляет собой смещенный в обратном направлении диод, чей ток управляется потоком инжектированных через эмиттерный переход электронов. Ток коллектора не зависит от напряжения на коллекторном переходе при условии, что этот переход смещен в обратном направлении. Итак, основное свойство биполярного транзистора как управляющего элемента – зависимость выходного (коллекторного) тока от входного (эмиттерного) тока.

В случае более часто используемой схемы с общим эмиттером (ОЭ) (рис.6) электрический ток от эмиттера к коллектору управляется током из базового контакта. Условные обозначения приведены на рис. 4. Транзисторы n-р-n типа подчиняются следующим правилам:

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. Цепи база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды (рис. 5). Обычно диод база-эмиттер открыт, а диод база-коллектор смещен в обратном направлении.

3. Каждый транзистор характеризуется максимальным значением , , , где – ток коллектора, – ток базы, –напряжение между коллектором и эмиттером.

4. Если правила 1-3 соблюдены, то ток прямо пропорционален току и можно записать следующее соотношение: ,

где – коэффициент усиления по току обычно составляет около 100. Правило 4 определяет основное соотношение транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

коэффициент усиления

Рис. 6. Схема транзистора с общим эмиттером.

20. В чем состоит явление взаимной индукции? От чего зависит коэффициент взаимной индукции? Взаимоиндукция (взаимная индукция) — возникновение электродвижущей силы (ЭДС индукции) в одном проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимного расположения проводников. При изменении тока в одном из проводников или при изменении взаимного расположения проводников происходит изменение магнитного потока через поверхность, "натянутую" на контур второго, созданного магнитным полем, порожденным током в первом проводнике, что по закону электромагнитной индукции вызывает возникновение ЭДС во втором проводнике. Если второй проводник замкнут, то под действием ЭДС взаимоиндукции в нём образуется индуцированный ток. И наоборот, изменение тока во второй цепи вызовет появление ЭДС в первой. Направление тока, возникшего при взаимоиндукции, определяется по правилу Ленца. Правило указывает на то, что изменение тока в одной цепи (катушке) встречает противодействие со стороны другой цепи (катушки). Чем большая часть магнитного поля первой цепи пронизывает вторую цепь, тем сильнее взаимоиндукция между цепями. Рассмотрим два контура 1 и 2, расположенные на некотором расстоянии друг от друга (рис. 5.1). Если по контуру 1 пропустить ток , то он создает поток магнитной индукции через контур 2, который будет пропорционален току

Рис. 5.1. Исследование явления взаимной индукции двух катушек.

(5.1)

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом взаимной индукции контуров или взаимной индуктивностью контуров. Он зависит от формы и взаимного расположении контуров 1 и 2, а также от магнитных свойств окружающей среды. При изменении тока в первом контуре магнитный поток через второй контур изменяется, следовательно, в нем наводится ЭДС взаимной индукции (5.2). Формула (5.2) справедлива в отсутствие ферромагнетиков. Если поменять местами контуры 1 и 2 и провести все предыдущие рассуждения, то получим(5.3)Можно показать, что коэффициенты взаимной индукции(5.4)

21. Ламповый диод. Определение удельного заряда электрона e/m методом магнетрона. Ламповый диод - простейшая радиолампа, в которой, помимо катода, имеется ещё один электрод - анод, представляющий собой пустотелый металлический цилиндр, огибающий катод. Оба электрода помещают в стеклянный (керамический или металлический) баллон, из которого откачан воздух.

Схема включения лампового диода: А-анод, К-катод, Н-нить накала. Когда на анод подается небольшое положительное напряжение, большее число электронов притягивается им. Однако не все электроны достигают анода, так как большое облако электронов между катодом и анодом действует как отрицательный пространственный заряд, оказывающий отталкивающее действие на испускаемые катодом электроны. По мере того как на анод подается все большее положительное напряжение, эффект пространственного заряда ослабевает, и все большее и большее число электронов достигает анода. Если анод сделать отрицательным относительно катода, то электроны, испускаемые катодом, будут отталкиваться обратно к катоду, и в конце концов ток вовсе перестает течь, когда отрицательное напряжение на аноде становится равным нескольким вольтам. Все же из-за остатков газа в откачанном баллоне и из-за утечки по поверхности стекла какой-то обратный ток существует. Диод обладает свойством односторонней проводимости и пропускает ток лишь в том случае, если внешнее напряжение приложено к аноду в положительной полярности. Это свойство диода является основным, и в какой бы схеме он не работал, какие бы функции не выполняла схема, работа самого диода всегда основана на свойстве односторонней проводимости. Рассмотрим природу сил, препятствующих выходу электронов из металла и образующих работу выхода . Отдельные электроны проводимости, двигаясь внутри металла с большими скоростями, могут пересекать поверхность металла. Вылетевший из металла электрон удаляется от поверхности до тех пор, пока кулоновское взаимодействие с избыточным положительным зарядом, возникшим на месте, которое покинул электрон, не заставит его вернуться обратно. Постоянно одни электроны «испаряются» с поверхности металла, другие возвращаются обратно. Поэтому металл оказывается окутанным облаком электронов, образующих совместно с наружным слоем положительных ионов двойной электрический слой. Поле двойного слоя препятствует выходу электронов из металла. Др силой, препятствующий выходу электрона из металла, является кулоновская сила индуцированного им положительного заряда. Оба этих физических процесса и определяют величину . При комнатной температуре практически все свободные электроны заперты, в пределах проводника, имеется лишь небольшое количество электронов, энергия которых достаточна для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер и выйти из металла.

Метод магнетрона. Сущность метода заключается в том, что вакуумная лампа с коаксиальным цилиндрическим катодом и анодом помещается в постоянное аксиальное магнитное поле соленоида. Соленоид надевается на баллон электронной лампы так, чтобы направление индукции создаваемого им магнитного поля совпадало с осью симметрии лампы. Электроны, вылетающие с поверхности катода лампы, движутся к аноду. При наличии магнитного поля на движущиеся электроны действует сила Лоренца , что вызывает искривление траектории. Если магнитное поле слабое, то искривление не изменит размера анодного тока лампы. Искривление траектории возможно при критическом значении индукции магнитного поля . Если , то электроны не попадают на анод и возвращаются к катоду (рис. 2). Анодный ток резко уменьшается (рис. 3). Определение отношения методом магнетрона.

1. Установить постоянными ток накала и анодное напряжение. Таким образом, создаются условия постоянного анодного тока.

2. Постепенно увеличивая так в соленоиде, наблюдают резкое уменьшение анодного тока в лампе.

3. Зная геометрию лампы, анодное напряжение, критическое значение магнитной индукции (при котором анодный ток резко уменьшился) находят отношение .

При отношение можно вычислить по формуле:

(6), где – значение анодного напряжения, – критическое значение магнитной индукции; , – радиусы катода и анода, соответственно. На рис. 3 приведена зависимость анодного тока от индукции магнитного поля. Крутой спад кривой (т.е. быстрое уменьшение анодного тока в лампе) соответствует критическим условиям работы магнетрона. Для идеального случая, когда все электроны покидают катод со скоростью равной нулю, изменение анодного тока с увеличением магнитного поля происходило бы так, как показано пунктиром на рис. 3.

Рис. 2. Траектория электронов в цилиндрическом магнетроне при различных значениях магнитного поля.

Рис.3. Зависимость анодного тока от индукции магнитного поля.

Реальная кривая зависимости имеет вид сплошной линии так как электроны, испускаемые нагретым катодом, обладают различными начальными скоростями, а электроды лампы лишь приблизительно коаксиальны.

22. Какие методы измерения магнитной индукции вы знаете? В чем заключается явление электромагнитной индукции? Соленоид – это цилиндрическая катушка, обмотка из большого числа витков проволоки, образующих винтовую линию. Если витки расположены вплотную, то соленоид можно рассматривать как систему последовательно соединенных круговых токов, имеющих общую ось. Индукция магнитного поля в любой точке соленоида равна векторной сумме индукций магнитных полей, создаваемых в данной точке всеми витками. Вектор магнитной индукции в точке, лежащей на оси соленоида конечных размеров, направлен вдоль его оси, а его значение вычисляется по формуле:

, (1), где – длина соленоида, – радиус его витков, – расстояние от края соленоида до исследуемой точки, – сила тока, протекающего по виткам, – число витков на единицу длины соленоида, – относительная магнитная проницаемость среды, – магнитная постоянная. Единицей измерения индукции магнитного поля в системе СИ является "Тесла": [В] = Тл. Из выражения (1) следует, что индукция магнитного поля максимальна на оси соленоида в точке, соответствующей его середине: (2). Если длина соленоида намного превышает радиус его витков, то соленоид можно условно считать бесконечно длинным. Магнитное поле внутри бесконечно длинного соленоида является однородным, при этом его индукция равна: (3). Распределение магнитного поля соленоида конечной длины является более сложным по сравнению с простейшим случаем бесконечно длинного соленоида. Для многих других конфигураций магнитного поля, теоретический расчет которых затруднителен, предпочтительней определять магнитную индукцию экспериментально. Величину можно измерить, используя, например, явление электромагнитной индукции. Если в некоторую точку магнитного поля поместить небольшой контур, то при изменениях магнитного потока, пронизывающего этот контур, в последнем возникнет э.д.с. индукции, равная скорости изменения магнитного потока . Согласно закону электромагнитной индукции (закону Фарадея), имеем (4). В настоящей работе в качестве контура используется измерительная катушка (ИК), состоящая из большого количества витков . Возникающая в ней э.д.с. индукции складывается из э.д.с. отдельных витков, т.е. (5), где – площадь поперечного сечения ИК. Если в обмотке соленоида протекает переменный ток, то магнитное поле, создаваемое этим током, также является переменным, т.е.

(6), где – амплитудное значение магнитной индукции; – циклическая частота переменного тока. Из формул (5) и (6) следует, что э.д.с. индукции, наведенная в ИК, изменяется во времени по закону: (7), где – амплитудное значение э.д.с., равное (8). Коэффициент наз-ся градуировочной постоянной измерительной установки. Его можно определить экспериментально. Вольтметр, используемый для измерения э.д.с. индукции , показывает эффективное значение переменного напряжения , связанное с амплитудным значением э.д.с. соотношением: (9). Максимальному значению индукции магнитного поля в центре соленоида (2) соответствует максимальное эффективное значение напряжения: (10). Из формул (9) и (10) следует, что отношение эффективного напряжения в любой точке нахождения ИК к его максимальному эффективному значению в центре соленоида равно отношению магнитной индукции в этой точке к максимальной магнитной индукции в центре соленоида: (11). Поэтому распределение индукции магнитного поля соленоида можно изучать, не вычисляя градировочную постоянную измерительной установки . Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении ЭДС проводниках. Причем, условия, при которых она возникает могут быть самыми различными. Это может происходить, например, при движении проводника в однородном магнитном поле или в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле. Датчик Холла - магнитоэлектрическое устройство, получившее своё название от фамилии физика Холла, открывшего принцип, на основе которого впоследствии и был создан этот датчик. Попросту говоря - это датчик магнитного поля. Сейчас различают аналоговые и цифровые датчики Холла.