электричество и магнетизм
.pdf11. |
Рассчитатьполнуюполезнуюмощность,атакже |
P(I ) , P (I ) и |
P (I ) наодномрису |
щность |
||
потерьипостроитьзависимости |
|
нке. |
||||
|
|
1 |
2 |
I = I |
|
|
12. |
Пографикузависимости |
P (I ) определитьзначение |
0 |
,на |
||
котороеприходмаксимумполезноймощностится |
1 |
P . Полагая,что |
|
|||
|
|
|
||||
приэтом |
R = R0 = r ,определитьвнутреннеесопроис ивлениеочн |
1 |
|
|
ика |
|
|
|
|
||||
тока.Этозначениесравнитьсозначением,полученнымгр |
|
|
афику |
|||
U(I ).
13.Сделатьвыводыполабораторнойработе.
Контрольныевопросы
1.Каковацельработы?
2.Что называетсяэлектродвижущейсилойистока?чника
3.Какойтокназываетсятокомкороткогозамыкания?
4. |
Какопределитьэлектродвижущуюсилу |
ε |
истокапочника |
|
|
зависимости U (I )? |
|
|
|
r по |
|
5. |
Какопределитьв |
нутреннеесопроистокаивлениечника |
|
||
зависимости U (I )? |
|
|
P ? |
|
|
6. |
Каквычислить |
полезнуюмощнист стьчника |
|
|
|
7. |
Каквычислитьпогрешностьопределения |
|
1 |
|
|
полезноймощности |
|||||
источника P ? |
|
|
|
|
|
8. |
1 |
|
|
P ? |
|
Какв ычислить полнуюмощнистостьчника |
|
|
|||
9. |
Каквычислитьпогрешностьопределения |
|
полноймощности |
||
источника P ? |
|
P2 ? |
|
|
|
10. |
Каквычислитьмощностьпотерь |
|
|
Р2? |
|
11. |
Каквычислитьпогрешностьопределениямо |
|
щнпоститерь |
||
12. |
Каковыклассыточностивашпр? хборов |
|
|
|
|
13. |
Каквычисляютсямаксимальныепр |
иборныепогр? |
шности |
U (I )? |
|
14. |
Поливыучилитеоретожидаемуюзависимостьчески |
|
|
||
15. |
Поливыучилитеоретожидаемуюзависимостьчески |
|
|
P (I ) ? |
|
|
|
|
|
|
1 |
16. |
Поливыучилитеоретожидаемуюзависимостьчески |
|
|
P(I ) ? |
|
17. |
Поливыучилитеоретожидаемуюзависимостьчески |
|
|
P2 (I ) ? |
|
18. |
Чтотакоекоэффициентполд зногойсттокавия?чника |
|
|
|
|
19. |
Прикакойнагрузкедостигается |
максимумполезной |
|
||
мощности? |
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
Литература |
|
||
1. Трофимова.И |
.Курсфизики. |
– М.Академия: , 2004. |
|
||
2. СавельевИ.В |
.Курсобщейфизики.Т. 2. |
– М.Астрель: , 2001. |
|
||
3. КалашниковС. |
Г.Электричество. |
– М.Физматлит: , 2003. |
|
||
|
Лабораторнаяработа№12 |
|
|||
ОПРЕУДЕЛЬНОГОЕИЕ |
ЗАРЯДАЭЛЕКТРОНА |
|
|||
Цельработы |
– эксперименталопределитудельныйзаряд но |
|
|||
электисравнитьезуло тат |
|
|
|
бличнымзначением. |
|
Теиописаниерметодаяизмерений |
|
|
|||
Явлениетермоэлектроннойэмиссиипозволяетполучитьпоток |
|
|
|||
электронов,движущихсявакуум |
|
|
епрактическибезсоударений.К |
огда |
|
электроныпопавобласдаютействияэлектрическогоьмагни |
|
тного |
|||
полей,нанихдейс |
твуетсилаЛоренца: |
|
|
||
где e – зарядэлектрона. |
F = eE + e[υ× B], |
(1) |
|||
|
|
|
|
|
|
Комбинируяразлич |
нымиспособвеличины,направлениями |
|
|||
электрическогомагнполейизменяятногоскоростьп тока |
|
|
|||
электронов,можнополучитьзаданныетраекториидвижен я |
|
|
|||
электронов. |
|
|
|
|
|
Покоившийсяэлектронподдействиемэлектрическогополя |
|
|
|||
приобретаеткинетическуюэнергию, |
авнуюработеэлектрическ |
ого |
|||
поля: |
|
|
|
|
|
|
|
mυ2 |
|
|
|
|
|
|
= eU . |
(2) |
|
|
2 |
||||
|
|
|
|
||
Еслиэтотэлектрдалеепопадетвобластьн,занятуюоднородным |
|
|
|||
постоянныммагнитнымполем, электронстанетдвигатьсяпо |
|
|
|||
окружностирадиусом |
r (приусловииперпендикулярностивектора |
|
|||
скоростиэлектронаве |
кторумагнитнойиндукции): |
|
|||
|
22 |
|
|||
Такимобразом,есэлиектронампридатьско стьм электрическогополязат постоямагполянперпендитнногосиголиновымкулярно томожнопоизвестнымхарактескоро( элекистироновкам индукциимагнитногополя
e / m .
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
3 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1
|
mυ2 |
|
|
|
|
|
|
= eυB . |
|
(3) |
|
|
|
|
|||
|
r |
|
|
ощи |
|
|
|
|
|
|
|
емнаправитьотокэле тронов |
|
бласть |
|||
|
|
|
|
|
иямполя, |
B)определитьудельныйзарядэлектр |
|
υ, |
|||
|
она |
||||
|
|
Требуемыеусловияжно |
|
|
|
|
создатьвэлектровакуумномприборе, |
|
|||
|
называемоммагнетроном.Магнетрон |
|
|||
|
представляетсобой |
|
|
||
2 |
электровакуумныйтриод, |
|
|||
помещенвовнешма ныйее |
|
гнитное |
|||
|
|
||||
|
поле.Этосоздаетсялекатушкой |
|
|
||
|
(с оленоидом)направленовдольоси |
|
|
||
|
магнетрона. |
Нарис. |
1: |
||
|
1 – катод – источникэлектронов; |
2 – |
|||
|
анод; |
3 – сетка. |
|
|
|
|
|
Особенностьконструкции |
|
||
магнетронавтом,чтокатод ющаясеткаианодимеют
одомнамного
ескимполем, υ.П оскольку
нной
А |
А |
|
|
24В |
V |
+ |
|
110 |
В |
||
|
|
__ |
|
|
|
|
|
|
Рис. 2 |
|
|||
Анодныйток |
IA |
управляетсявнешниммагнитнымполем. |
еличины |
||||||
Траекториидвиженияэлектрзависимостинов |
|||||||||
магнитной |
ндукциипредставленынарис. Радиус3окружности. |
|
|||||||
(траекторииэле |
|
ктрона)обратнопропвеличирциомагнитнойален |
|
||||||
индукции B. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Привозрмастангнитнойиндиукциитраекторииаметр |
|
||||||||
электронастановитсяменьшерасотседооянияткианод |
|
|
|
|
|
а,электроны |
|||
небудутдосанодаиигатьанодныйтокпрекратится.Идеальная |
|
|
|
|
|
|
|||
зависимосанодноготьвеличиныкатмагнитнойиндукции |
|
||||||||
представленарис. Так4как.сеткарасповбкатодал,изиоженав |
|
||||||||
расчетеради |
|
|
усомсеткиожнопренебречьиможносчитать, |
что |
|||||
анодныйтокисч |
|
езаетпри |
r = |
R |
,где R – |
радиусанода.Значение |
|||
|
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
l >> 2RС (l – длина |
||
магнитнойиндукциивну |
|
тридлинногосолен ида |
|||||||
соленоида, |
RС – радиусвиткасоленоида)определяетсязн |
ачениемсилы |
|||||||
токавс |
оленоиде: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
B = |
0 NIC |
. |
(4) |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
IA
B0 B
24
Рис. 3 Рис. 4
Влабор аторнрабиспользуетсятейсоленоидограниченной |
|
|
|
|||||||
длины,инео |
бходимоввестипоправочныйкоэффициент, |
|
|
|||||||
учитывающийнеоднормагнитногопвнутрилядностьсоленоида. |
|
|
|
|
|
|
||||
Тогдадляпр |
едельногозначенияиндукцполучиммагнполяитного |
|
|
|
|
|
||||
|
|
B0 = k |
0 NIСотс |
|||||||
|
|
|
|
|
l |
|
|
|||
где IСотс – токвсоленоиде,прикотормагнанодныйвк |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
падаетдонуля(отсечки)Разрешая. системуура |
|
|
|
|
|
|
||||
можновыразвелудельногоичинутьзарядаэлектр |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
e |
|
8 |
|
|
|
|||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
N |
|
2 |
||
|
|
|
|
k 0 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(5) |
|
етроне |
внений(2) |
–(5), |
она: |
|
U A |
(6) |
IС2oтс |
|
Тотсечкиможнонайтиизграфиказависимостианодногока |
|
|
токавсоленоиде,фи |
ксирступаденияпеькуодноготокарис(. 5). |
|
Посколькуэлектпритермоэмиссиионыиме |
ютразныескорос |
ти |
наблюдаетсянеоднородносэлектрическногомагниполей, ь падениеаноднтокапропгоисходитстеп.Поэтомузавенноличину
I A |
|
I A |
|
2 |
|
ICотc |
IC |
Рис. 5 |
|
токаотсечки |
ICотс |
можнопринять |
токсоленоида,прикоторомано |
|
дный |
токуменьшвдвар.Призэтается |
|
ом |
монотоннаязависимость |
I A (IC ) |
|
аппроксввидемируется прямоугольнойступениплощадью, равнпл,ограниченнойщди монотоннойкр ивой.
|
Задкработение |
|
|
1. * Вывестиформулу(6)Потабли. значениямзаряданым |
|
e и |
|
массы m электронав |
ычислитьудел |
ьныйзарядэлектрона |
e / m (это |
чибудетслоназыватьсяеготаблизначным |
|
ением (e / m)таб ). |
|
|
25 |
|
|
Примечание.Задания,помеченныезвездочкой,выполняюстудентамися |
|
|
||||
дома. |
|
|
|
|
|
|
2. * Получитьформулудлярасчетапогре |
σ e .Учто, естьудельныйзарядэле |
шностиизмер |
ения |
|||
удельногозарядаэлектрона |
|
|
ктрона |
|||
определяеврезулькосвенизмеретсяатенодногоия |
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
напряжения,токатсечки,такжедл ны |
|
|
оленоидарадиусаанод. |
|
||
3. Влаборснязатвьории |
|
|
исиманодноготокамагнетронастьот |
U = 60,В. |
|
|
токасолепризноидааченияхано |
|
|
|
дногонапряжения |
70, 80 |
|
Напологихучасткаххарактеристикадолжнаиметь2 |
|
|
|
–3точки,ана |
||
крутомучастке10 |
–15точек. |
|
|
|
|
|
4.Пострографзависиманодноготькит токатсти соленоида.
5.Определитьпоэкспериментальнымкривымзначения
отсекающеготодлякаанодногождогонапряжения.
6. |
Вычислитьдлятрехудельныйчаевзарядэлектронапо |
|||
формуле(6)инайтисреднеезнач |
ение. |
|||
7. |
Определитьпогрешностьизмерений |
σ e . |
||
8. |
Сделатьвыводы |
|
m |
|
полабораторнойработе. |
||||
Контрольныевопросы
1.Каковацельработы?
2.Каковотаблизнаудельногочноезаряданиеэлектрона?
3.Какработамагнетрон?
4.Какиесилыдейстнаэлектронвмагнетронеуютнаразличных учаспу?ткахи
5. Прикакомусловииан |
одныйтоквмагнетронепрекратится? |
6.Какопределявеличинаотстокакающеготсясоленоиде?
7.Каковожидаемыйвидэкспериментальныхзависимостей анодногот величиныкаттокасоленоиде?
8.Какоцениватьпогрешностьизмеренияудельногозаряда
электрона?
9.Каковклассыточностивашпр? хборов
10. |
Каквычисляютсямаксимальныепр |
иборныепогр? шности |
11. |
Какиетребованияпредъявляютсяквнутренним |
|
сопротивлениямамперметраиволь |
тметра? |
|
|
|
26 |
12. |
Попыпостроиайтесьраекдвиженияэлектронаорию |
|
|
υ0 = 0, E = Ey , B = Bz . |
|
скрещенныхэлектрич |
ескомимагни |
|
тнполях:м |
||
|
|
Литература |
|
||
1. |
Трофимова.И |
.Курсфизики. |
– М.Академия: , 2004. |
||
2. |
СавельевИ.В |
.Курсобщейфизики.Т. 2. |
|
|
– М.Астрель: , 2001. |
3. |
КалашниковС.Г |
.Электричество. |
– М.Физматлит: , 2003. |
||
Лабораторнаяработа№13 |
|
|
ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗСОСТАНЛЬНОЙ |
ВЛЯЮЩЕЙ |
|
МАГНИТНОГОПОЛЯЗЕМЛ |
ИССЛЕДОВАНИЕ |
|
МАГНИТНОГОПОЛЯКРУГ |
ОВОГОТ |
ОКА |
Цельработы – измегорисоставляющуюзтьнтальную напряженностимагнитногополяЗемли; сследоватьзависимость магнитногополянаосикруговогот расстока яниядоегоцентраи сравнитьтеоретзави.ческсимостьюй
|
|
Теиописаниерметодаяизмерений |
|
|
|
|
|
Земнойшар |
|
– этогромадныймагнитсосвоиммагнитнымполем. |
N расповблизиожен |
южного |
|||
СевермагполюснЗемлиитный |
|
|
|
||||
географическогополюса,южныймагни |
|
тныйп |
олюс |
S – вблизи |
|||
северного географическогополюса.Пол жениелюсв |
|
|
|
N |
и S |
||
определяетн |
аправленмагносЗеиемагнитноготнойели |
|
|
|
|
||
экватора.Длянеэкв |
|
аториаобластейземнойьныхповерхностивектор |
|
|
|
||
напряженностима |
гнитногополяЗемлипредставляе |
|
т |
собойсу |
мму |
||
горизонтальной Нг ивертикальной |
Нв составполя.Насющих |
|
|||||
интересуетлишь |
|
горизонтальнаясоставляющая |
магнитногополя |
|
|||
Земли. |
|
|
|
|
|
|
|
Методопределениягоризонтсоставляющейм льнойгнитн |
|
|
|
|
ого |
||
поляЗемлиоснтомован,чтокнеизвестнойвеличине |
|
|
|
|
Нг, |
||
направленнойпомагнитномумеридиану,спомощьюплоскойкатушки |
|
поперечнонаправленное |
|
||||
ст окомплоского( солен)добавляютида |
|
|
|||||
магнитноеполеэтойкатушки |
Нг (рис. Врезультатесложения1). |
остью |
|
||||
обрезультирующееаз етсямагнитноеполеснапряж нн |
|
|
|
|
|||
|
|
|
27 |
|
|
|
|
Напряженностьмагнитнкруговойполянаосипл атуой |
H = Hг + Hz . |
|
|
токмонайтижном,еслив спольззакономБи ваться |
|
|
|
Лаипринципомласасуперпозиции |
|
олей: |
|
|
H z = |
NIR2 |
, |
|
2(R2 + h2 )3/ 2 |
||
|
|
|
|
где I – силатокавкатушке; |
N – числовитков; |
|
|
рассотплоскояниекатушдточстинаблюдки |
|
|
|
|
|
N |
|
R |
|
h |
|
S |
|
|
|
Рис. 1 .СупермагнитногополяЗез цияагнитноголип ля |
|
||
|
катушстокиом |
|
|
(1)
шкис
–Савара–
|
|
|
|
|
(2) |
R – радиуск |
атушки; |
h – |
|||
|
ения. |
|
|
||
|
Hг |
|
Н |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
Hz |
|
|
||
Катушкасчитаетсянастолькоплоской,чтонапряженность |
|
|||
магнитногополявсех |
N |
вистков |
окаминаходипростсяым |
|
умножениеммагнитногоп лядноговитканачисловитков |
|
N в |
||
катушке. |
|
|
|
|
Измегоризонтениесоставляющейм гнитногополяьнойЗ |
|
емли |
||
Дляизмегоренияизонтсоставляющейм льнойгнитногополя |
|
|
||
Землинеобходимопоместитьвцентрплоскойкатушки, |
|
|
||
сориентированнойсвоейплоскостьювдольмагнитногомеридиана, |
|
|||
компасипр |
|
опуститьпока .окушкеВрезультатестрелкакомпаса |
|
|
установитсяп |
онапрезультирующегоавлениюмагнитногополя, |
|
||
котороеявляе |
|
тсясуперпозициеймагнитногополяЗе агнитноголи |
|
|
полякр |
уговоготока.Каквидноизрис. напомним1 ,что( |
|
|
|
условию Hz |
Hг ),та нгенсу |
глаотклоненстрелкикомпасаравеня |
||
|
|
|
28 |
|
tgα = |
H z |
. |
(3) |
|
|||
Изформул(2)и(3)следует,чтоtg |
Hг |
I вкр уговой |
|
α проптокурционален |
|||
катушке: |
|
|
|
где |
tgα = K(h)I , |
(4) |
||||
|
NR2 |
|
||||
K (h) = |
|
|
||||
|
. |
(5) |
||||
2Hг (R2 + h2 )3/ 2 |
||||||
Есликомпаснаходивцентрека (ушкися |
|
|
h =то0), |
|
||
tgα = |
N |
I . |
(6) |
|||
2Hг R |
||||||
|
|
|
|
|
||
Пострграф,погоризонтальнойкмосикоторотл жим значенияв еличинтока I,аповертикальнойоси получитсяпрямаялиния,углкоэффициентвойнакотлона
N
k = 2Hг R .
– значенияtg α, тогда оройравен
(7)
Экспериментальноопределивзначение |
|
k,можноиз(7) |
вычислить |
||
величинугоризонтал |
ьнойсоставляющеймагнитногополяЗемли: |
|
|||
|
|
Hг = |
N |
. |
(8) |
|
|
|
|||
|
|
|
2kR |
|
|
Такимоб,врассзомметодеотренном |
|
погрешность σ H г |
|||
определвеличиныяг |
оризонтальнойсоставляющеймагнитного |
|
|||
поляЗемли |
Нг определяетсяпогрешностью |
|
σk определенияуглового |
||
коэффициента k |
ипогрешностью |
σR определениярадиуса |
R витка |
||
плоскогосолен. |
ида |
|
|
|
|
Исследовмагнитнополянаосикруговогоиетока
29
Зависиммагнитнкруговойполянаосиплтьос атушкиойс |
|
|
|
|
||
токомотрасстояния |
|
h |
доегоцентопределяетсяпосредствома |
|
|
|
перемещениякомпасавдольосикатушкиизмеренияугла |
|
|
отклонения |
|||
магнитнойстрелвфиксированныхточкахнаоси.Приэ мк |
|
|
|
|
I |
|
черезкатушку |
неменяют |
.Зависиммагнитногополянаосить |
|
|
||
плоскойруговкатушкистокомй |
|
|
|
h определяетсяиз(3) |
|
|
|
|
|
H z = Hг tgα . |
|
(9) |
|
Такимобр,вданномметодезом |
|
|
погрешность |
σHz определения |
||
величинымагнитногопо круговойяосатушкистоком |
|
|
|
|
H z |
|
определяетсяпогрешностью |
|
σH г |
определениягориз |
онтальной |
||
составляющеймагнитногополяЗемли |
y = tgα. |
H г ипогрешностью |
σy |
|||
определениявеличины |
|
|
|
|||
|
|
|
Задкработение |
|
|
|
1Получить.* формулудлярасчетапогрешности |
|
|
σ H г измерения |
|||
горизонтальнойсоставляющеймагнитногополяЗемли |
|
|
H г . |
|
||
2Получить.* формулудлярасчетапогрешности |
|
|
σ H z определения |
|||
величинымагнитногопо круговойяосатушкис |
|
|
|
оком H z . |
||
3Получить.* |
формулудлярасчетапогрешности |
|
σ y величины y = |
|||
= tgα поизвестнойпогрешн |
|
ости σα измеренияугла |
α . |
|
||
Измегоризонтениесоставляющейм гнитногополяьнойЗе |
|
|
|
мли |
||
1. Поместитькомпас |
|
вцентр |
токаовойт,ушкиакчтобы |
|
|
|
направлстркомпасаесовпалониелкиплосвитковостью |
|
|
|
атушки. |
||
2. Измериуголотклоненс ькомпасарелкдляия |
|
|
|
десяти |
||
значенийсилытока.Уголотклоненияизмерятьвкаждомслучаепри |
|
|
|
|
||
двухпротивопнаправлениятокаложных |
|
|
иопредегосрелятьднее |
|
||
значениеподвумиз . ерениям |
|
|
|
|
|
|
3. Нанестинаграф,поосординаткоторогооткладывается |
|
|
|
|||
величина y = tgα,апоосиабсцисс |
– величина x = I,точки, |
|||||
соответствующиевеличинам,определенным |
ыдущемпункте.С |
|
||||
|
|
|
30 |
|
|
|