fizika_668

41

15 Визначення температурного коефіцієнта опору металу

15.1 Мета роботи

Дослідження залежності опору металу від температури

15.2 Опис приладів

Прилад для нагрівання дроту складається з алюмінієвої склянки із запаяним металевим патроном, у якому перебуває дріт з випробуваного матеріалу. Кінці цього дроту підведені до клем, що укріплені на ебонітовій кришці. В отвір кришки вставляється термометр. У склянку наливається (до половини) вода.

Реохорд являє собою дерев'яну панель із клемами й міліметровою шкалою, уздовж якої натягнутий дріт. По шкалі й дроту сковзає повзун, що має контакт із дротом.

15.3 Порядок виконання роботи

15.3.1 Зібрати електричне коло за схемою (рисунок 15.1), де R – досліджуваний опір; r – магазин опорів; AB – реохорд.

15.3.2 Після перевірки схеми керівником починають вимірювання при кімнатній температурі. Вимірюють опір дроту. Для чого ставлять движок реохорда на середину шкали й підбирають опір

42

r таким, щоб гальванометр показував відсутність струму. Величину досліджуваного опору обчислюють по формулі:

R = r L1/L2, (15.1)

де r – опір магазину опорів в Ом, L1 i L2 – відповідні довжини реохорда в м.

15.3.3 Поставити калориметр із водою, у яку занурений досліджуваний дріт, на електроплитку. Плитку включити у мережу. Повторити вимірювання через 15 20 градусів. Останні вимірювання робити при температурі кипіння води. Результати вимірів записати у таблицю 15.1.

Таблиця 15.1

№ досліду	t, оС	L1,м	L2,м	r, Ом	R, Ом

15.3.4За отриманими даними побудувати графік залежності R=f(t), відкладаючи по осі абсцис температуру в градусах Цельсія, а по осі ординат – опір дроту в омах.

15.3.5По формулі (15.2) знайти температурний коефіцієнт

опору металу .

α	R	2 R1		,	(15.2)
	R1 t 2 R 2		t1

де t1 – кімнатна температура [0С], t2 – температуру кипіння води [0С], R1 і R2 – відповідні опори (в Ом) при цих температурах.

43

16 Визначення корисної потужності, що виділяється в колі, і ККД джерела постійного струму

16.1 Мета роботи

Вивчити залежність корисної потужності й ККД джерела постійного струму від опору зовнішнього навантаження.

16.2 Схема й принцип дії установки

Як джерело постійного струму, дослідження корисної потужності й ККД ( ) якого пропонується провести, використана акумуляторна батарея із двох елементів (лужних акумуляторів).

Лужний акумулятор являє собою джерело постійного струму, подібно гальванічному елементу, але з тією різницею, що електроди й електроліт підібрані в ньому таким чином, щоб процес розрядки й зарядки були оборотні, тобто щоб електроди акумулятора після часткової витрати енергії можна було б легко відновити струмом. Через те, що внутрішній опір акумуляторної батареї невеликий і може бути порівняний із загальним опором сполучних проводів і контактів в електричній схемі (а це може внести значні погрішності в метод вимірювання), у даній роботі його вводять штучно, шляхом

розміщення між двома елементами

(рисунок 16.1) опору r = (400 500)

Ом, який регулюється. Величина цього опору обрана з розрахунку, щоб при короткому замиканні сила струму не перевищувала того максимального значення, що допускає джерело струму. Установлюючи різні значення зовнішнього опору R і вимірюючи міліамперметром відповідні струми

в колі, можна обчислити корисну потужність і ККД джерела, а також побудувати графічну залежність їх від зовнішнього навантаження.

44

16.3 Порядок виконання роботи

16.3.1Зібрати електричне коло згідно схеми (рисунок 16.1). Попросити викладача перевірити схему.

16.3.2Установити опір R = 100 Ом і замкнути перемикач П. Виміряти, у mА, силу струму. Виключити перемикач.

16.3.3Повторити пункт 16.3.2 для всіх опорів, зазначених у таблиці 16.1 і результати вимірів занести в неї.

Таблиця 16.1

R, Ом		100	200	300	400	500	600	800	900	1000
I, ма
Р0, mА2 Ом
, %
	16.3.4 Підрахувати для кожного опору корисну потужність P0 по
формулі (16.1) в (mА)2 Ом і в % по формулі (16.2).
				P0 = I2 R.					(16.1)
			= P0/Р = R/(R+r),						(16.2)

де опорі R i r в омах

Примітка. При R = 0 маємо = 0, тобто при струмі короткого замикання джерела струму дорівнює нулю. Зі збільшенням R ККД зростає, прагнучи до значення = 1 при R , але при цьому корисна потужність прагне до нуля. При R = r (корисна потужність максимальна), = 50 %. Із цього видно, що умови одержання найбільшої корисної потужності й найбільшого суперечливі. У силових електричних установках найважливішою вимогою є одержання достатньо високого і досить великої потужності. Тому доводиться вибирати оптимальне значення і корисної потужності.

16.3.5Показати заповнену таблицю керівникові й після його дозволу розібрати електричне коло.

16.3.6Побудувати графіки залежності P0 і від R, відкладаючи по осі ординат P0 і , а по осі абсцис R.

45

17 Визначення чутливості електронного осцилографа

17.1 Мета роботи

Ознайомитися із пристроєм і принципом дії електронного осцилографа й придбати навички роботи з ним.

17.2 Схема й принцип дії установки

17.2.1 Будова і принцип дії осцилографа

Електронний осцилограф призначений для дослідження процесів, що швидко протікають. За допомогою осцилографа можна вимірювати силу струму, напругу, зсув фаз між ними, порівнювати частоти й амплітуди різних змінних напруг.

Основною частиною електронного осцилографа є електроннопроменева трубка (рисунок 17.1). Трубка складається зі скляного балона, відкачаного до тиску порядку 10–4 Па.

Джерелом електронів служить катод 2, що підігрівається спіраллю 1. Між катодом 1 і першим анодом 4 прикладена напруга

порядку 103		В.	Тому
електрони	прискорюються
електричним		полем		і
попадають				на
флуоресціюючий		екран		8,
викликаючи	його		світіння.
Катод перебуває		усередині

циліндра 3, що є керуючим електродом. В підставі циліндра зроблений отвір для пропущення вузького електронного

пучка. Подаючи (негативний стосовно катода) потенціал на електрод 3, можна зменшити кількість електронів, що проходять через його отвір, і, отже, яскравість плями на екрані.

46

Другий анод 5, потенціал якого вище першого, служить для фокусування електронного променя. Регулюючи потенціал другого анода, можна одержати на екрані трубки яскраво світну крапку.

Вийшовши із другого анода, електронний промінь проходить між двома парами металевих пластин 6 і 7. Якщо на будь-яку пару пластин подати напругу, то електронний промінь відхилиться від свого первісного напрямку під дією електричного поля пластин.

Нехай під дією прикладеної напруги Ux слід електронного променя зміщається на величину X у горизонтальному напрямку, а під дією Uy – на величину Y у вертикальному напрямку. Величини: SX = X/UX і SY = X/UY, – називаються чутливостями трубки до напруги відповідно в напрямках осей X і Y.

Досліджувана змінна напруга подається на пластини, що відхиляють вертикально, UY = Uм · Sin ωt. При цьому світлова пляма на екрані буде робити коливання. Внаслідок світлової інерції екрана, здатності ока зберігати якийсь час світлове зображення, на екрані буде видна нерухома вертикальна лінія.

Якщо одночасно на пластини, що відхиляють горизонтально, подать напругу, що зростає згодом за лінійним законом: UX = k·t, то світлова пляма буде рівномірно переміщатися зліва направо. Результуюча траєкторія променя представляє залежність досліджуваної напруги від часу. Якщо після закінчення часу, рівного періоду досліджуваної напруги на пластинах, що горизонтально відхиляються, падає до нуля, то світлова пляма стрибком повертається в початкове положення. Якщо UX знову зростає по тому ж закону, то на екрані трубки знов відтворюється досліджувана напруга. Таким чином, для отримання розгортки досліджуваної напруги в часі на пластини, що горизонтально відхиляють, необхідно подати "пилкоподібну напругу" (рисунок 17.2).

Органи керування електронним осцилографом винесені на лицьову й бічну панелі корпусу, а їхні функції позначені написами.

47

17.2.2 Підготовка осцилографа до роботи

17.2.2.1 Установити ручки керування в наступні положення: регулятор яскравості в крайнє праве положення, регулятор фокуса – у середнє положення, регулятор вертикального входу (ручка "УСИЛЕНИЕ Y") – у крайнє ліве положення, регулятор горизонтального входу (ручка "УСИЛЕНИЕ X") – на 2 3 поділки, перемикач діапазонів розгорнення – у положення "30".

17.2.2.2 Вимикач мережі перемкнути у верхнє положення, при цьому повинна засвітитися сигнальна лампочка, розташована на лицьовій панелі; почекати 1 2 хвилини поки прогріються електронні лампи, після чого на екрані повинен з'явитися яскравий товстий штрих.

17.2.2.3Якщо штрих не з'являється, то це звичайно є наслідком занадто великого відхилення променя за межі екрана; перехід променя

вмежах екрана виробляється регуляторами зсуву по вертикалі, у кожному із цих положень повільно повертати регулятор зсуву променя по X в обидва боки до тих пір, поки промінь не з'явиться на екрані осцилографа.

17.2.2.4Зменшити яскравість променя, повертаючи регулятор яскравості вліво, і регулюванням фокуса домогтися чіткого зображення.

17.2.2.5З'єднати провідником затиск "КОНТРОЛЬНЫЙ СИГНАЛ" із затиском "ВХОД" вертикального підсилювача; контрольний сигнал змінного струму використовується для випробувальної мети, має величину близько 2,4 В та частоту 50 Гц;

вертикального входу – у положення "1:1"; регуляторами вертикального й горизонтального підсилювачів установити відповідну величину зображення по вертикалі й горизонталі.

17.2.2.6 Перемикач джерела синхронізації встановити в положення "ВНУТРЕННЯЯ" або "СЕТЬ", а регулятор амплітуди синхронізації – у крайнє ліве положення.

17.2.2.7Повільно, обертаючи ручку "ЧАСТОТА ПЛАВНО", одержати стійке зображення одного періоду синусоїди.

17.2.2.8Синхронізувати роботу генератора розгорнення із вхідним сигналом, повернувши регулятор амплітуди синхронізації на

3 4 поділки; при цьому зображення повинне стати нерухомим. 17.2.2.9 Змінюючи положення синусоїди повільним обертанням

ручок "ЧАСТОТА ПЛАВНО", вісь	"Y" і вісь "X", домогтися
симетричного положення зображення	одного періоду синусоїди щодо

48

центра екрана; при перегляді зображення не допускати надмірної яскравості променя.

17.2.3Вимір чутливості електронного осцилографа

Для визначення чутливості осцилографа збирають схему, яка зображена на рисунку 17.3. За допомогою трансформатора Т знижують напругу мережі до декількох вольтів і подають його на затиски магазина опорів R. До цих же затисків підключається вольтметр V. Із частини магазина опорів (R2) напруга подається на вхід осцилографа 1 (X або Y). Вимірявши довжину штриха L на екрані осцилографа й знаючи, що довжина штриха дорівнює двом зсувам, можна визначити

чутливість осцилографа по формулі:

S	L (R1 R 2 )	,	(17.1)
	2 U R 2

де L – довжина штриха [м], R1 i R2 – опорі [Ом], U – напруга, яка вимірюється вольтметром [В].

17.3 Порядок виконання роботи

17.3.1Підготувати осцилограф до роботи, як зазначено в розділі 17.2.2.

17.3.2Перемикач діапазонів частоти перевести в положення "0".

17.3.3Aттеньюатор вертикального входу поставити в положення "1:1".

17.3.4Потенціометр входу підсилювача вертикального променя поставити на максимальну чутливість, для чого повернути ручку "УСИЛЕНИЕ Y" за годинниковою стрілкою до упора, а ручку "УСИЛЕНИЕ Х" проти годинної стрілки до упора.

49

17.3.5Зібрати схему згідно рисунку 17.3. Установити R2 1(Ом),

аR1 100 (Ом).

17.3.6Після перевірки схеми керівником, включити

трансформатор у мережу.

17.3.7Включити осцилограф. Почекати поки на екрані з'явиться крапка, яка світиться.

17.3.8Змінюючи R1, домогтися довжини штриха 5 8 см.

17.3.9Записати показання вольтметра, знаючи R1 і R2 і довжину штриха L в таблицю 17.1.

17.3.10По формулі (17.1) визначити чутливість вертикального входу осцилографа.

Таблиця 17.1

L(Y), мм U, В R1, Ом R2, Ом SY, мм/В

17.3.11 Аналогічним чином визначити чутливість горизонтального входу осцилографа. Напругу з R2 подать на вхід X, ручку "УСИЛЕНИЕ X" перевести в крайнє праве положення, а "УСИЛЕНИЕ Y" – у крайнє ліве положення. Результати вимірювань записати в таблицю 17.2.

Таблиця 17.2

L(Х), мм U, В R1, Ом R2, Ом SX, мм/В

17.3.12 Відключити вимірювальну схему від кола. Виключити осцилограф.

50

18 Визначення питомого заряду електрона по відхиленню електронів у магнітному полі Землі

18.1 Мета роботи

Ознайомлення з одним з методів визначення питомого заряду електрона.

18.2 Схема й принцип дії установки

Питомим зарядом електрона називається відношення заряду e до маси m електрона. У дійсній роботі e/m визначається шляхом вивчення ефектів, обумовлених дією магнітного поля Землі на електрон, що рухається.

Експериментальна установка складається з осцилографа, у якого металевий корпус замінений пластмасовим і який установлений на поворотному столику, що забезпечує орієнтацію осі електроннопроменевої трубки по будь-якому напрямку в горизонтальній площині. Осцилограф підключений до регульованого автотрансформатора ЛАТР, що дозволяє регулювати напругу живлення осцилографа й відповідно прискорювальну різницю потенціалів U, що пов'язана з напругою живлення Uж співвідношенням

U = 10 Uж .

18.3 Порядок виконання роботи

18.3.1Установити осцилограф так, щоб вісь електроннопроменевої трубки збігалася з напрямком магнітного меридіана.

18.3.2Включити ЛАТР у мережу й установити напругу на

ньому 140 B.

18.3.3Через 2 3 хвилини ручками управління осцилографа "ЯРКОСТЬ", "ФОКУС", і "↕" домогтися, щоб зображення променя являло собою горизонтальну пряму, що проходить через центр екрана, було сфокусовано й достатньої яскравості.