- •Глава II. Электрические свойства
- •2.1. Построение эквипотенциальных и силовых линий электростатического поля
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.2 Измерение электрических сопротивлений мостиком Уитстона
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.3 Изучение явления термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электрона
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •Значения температуры вольфрамового катода
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.4 Определение электроемкости конденсатора при помощи милликулонметра.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.5 Определение электроемкости конденсатора мостом Сотти
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.6. Резонанс напряжения
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.7 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли при помощи тангенс-буссоли
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.8. Снятие кривой намагничивания ферромагнетика
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.9 Определение удельного заряда электрона
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.10 Изучение вакуумного диода и определение удельного заряда электрона
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.11 Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •Часть 1. Снятие кривой намагничивания
- •Часть 2. Снятие петли гистерезиса и определение потерь на перемагничивание.
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.12. Градуировка амперметра и вольтметра
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •I часть. Градуировка амперметра.
- •II часть. Расширение границ измерения амперметра.
- •III часть. Градуировка вольтметра.
- •IV часть. Расширение границ измерения вольтметра.
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.13. Измерение мощности переменного тока и сдвига фаз между током и напряжением
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •I часть. Измерение характеристик электрического тока.
- •II часть. Исследование зависимости cos от величины индуктивного сопротивления цепи.
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
- •2.14. Изучение работы электронно-лучевого осциллографа
- •I. Теоретическое введение
- •Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Фигуры Лиссажу.
- •II. Приборы и принадлежности
- •III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
- •IV. Выполнение работы
- •Часть I. Определение амплитудного и действующего переменного напряжения.
- •Часть II. Измерение частоты периодического сигнала.
- •Часть III. Измерение сдвига фаз сигналов по осциллограмме.
- •Часть IV. Измерение сдвига фаз сигналов с помощью фигур Лиссажу.
- •V. Содержание отчета
- •VI. Контрольные вопросы
II. Приборы и принадлежности
Осциллограф.
Источник переменного тока.
Установка, содержащая
- катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник в виде тороида;
- резистор,
- реостат,
-конденсатор.
III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
Петлю гистерезиса не трудно получить на экране электронно-лучевой трубки осциллографа. Петля гистерезиса получается, если ферромагнетик поместить в магнитное поле, создаваемое переменным током. При этом, на горизонтально отклоняющие пластины трубки необходимо подать напряжениеUx, пропорциональное Н, а на вертикально отклоняющие UУ, пропорциональное В.
П
Первичная обмотка тороида питается через сопротивление R1 переменным током I. Напряженность магнитного поля внутри тороида равна
Н=n1I1, (9)
где n1- число витков на 1 метр.
Тогда напряжение на горизонтальных отклоняющих пластинах
UХ=I1 ·R1=R1· Н/n1 (10)
т.е. Ux пропорционально Н.
Во вторичной обмотке тороида источником тока I является ЭДС индукции. По закону электромагнитной индукции ЭДС индукции равна
(11)
где Ф - поток вектора магнитной индукции через поверхность, охватываемую всеми витками вторичной катушки. Если S – площадь, охватываемая одним витком, а n2-число витков, тогда
ф = B·S·n2
(12)
Напишем закон Ома для вторичной цепи, пренебрегая самоиндукцией вторичной обмотки:
где
(13)
Здесь Uс- напряжение на конденсаторе, q- заряд конденсатора. Если К2 велико (R2105Ом), то первым членом справа в формуле (13) можно пренебречь
Откуда
(14)
Подставляя (14) в выражение (13), получим, что напряжение, подаваемое на вертикально отклоняющие пластины осциллографа, равно
(15)
то есть Uy пропорционально В. В результате на одни пластины подается напряжение, пропорционально Н, а на другие- пропорционально В, на экране получается петля гистерезиса В=f(Н).
За один период синусоидального изменения тока след электронного луча на экране опишет полную петлю гистерезиса, а за каждый последующий период в точности ее повторит. Поэтому на экране будет видна неподвижная петля гистерезиса.
Увеличивая потенциометром R напряжение UХ, мы будем увеличивать амплитуду колебаний напряженности Н и получать на экране последовательно ряд различных по своей площади петель гистерезиса. Верхняя точка петли гистерезиса находится на кривой намагничивания. Следовательно, для построения кривой намагничивания необходимо снять с осциллографа nх и nу вершин петель гистерезиса.
Для построения кривой намагничивания вычисляют значение Н и В из формул (10) и (15), переписанных в виде:
,
Величины UХ и UУ можно определить, зная величину напряжений uХ и uУ вызывающих отклонение электронного луча на одно деление в направлении осей X и У при данном условии. Тогда
UX=nX·uX, Uy=ny·uy,
Где nх и nу – координаты вершин петель гистерезиса. Подставляя последние выражения для Н и В получим
(16)
(17)
где
(18) (19)
R1и R2 следует подставлять в Омах,
С- в Фарадах,
S – в м2,
При перемагничивании образца часть энергии магнитного поля затрачивается на переориентировку доменов. Величина этой энергии, приходящейся на единицу объема образца, пропорциональна площади петли гистерезиса и численно равна
(20)
Эта часть энергии переходит в теплоту.
Величина W представляет собой энергию, выделяющуюся в виде тепла в единице объема тороида за один цикл перемагничивания. Если частота переменного тока ν , то количество теплоты, выделяемое за 1 с. равно:
Площадь петли гистерезиса можно найти следующим образом. Цена одного деления в направлении оси Н, как вытекает из выражения (18) равна Кх, в направлении оси В - Ку (формула (19)). Тогда площадь данной клетки будет Кх · Ку. Если петля гистерезиса содержит N клеток, то площадь ее равна
Q=N · Кх · Ку (21)
Количество теплоты, выделяющейся в единице объема тороида за 1 с равно
(22)
Зная Кх и Ку можно вычислить Q.