- •Часть II электричество и магнетизм
- •Основные электроизмерительные приборы
- •Оценка погрешностей электрических измерений
- •Изучение электростатических полей методом электролитического моделирования
- •Теория метода и описание установки
- •Напряженностью электрического поля в данной точке называется физическая величина, численно равная силеF, с которой электрическое поле действует на единичный зарядq, помещенный в данную точку поля:
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Здесь g – баллистический гальванометр;
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Измерения и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Определение коэффициента самоиндукции
- •Определение емкости конденсатора
- •Проверка закона Ома
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Содержание
Порядок выполнения работы
Собрать цепь согласно схеме (рис 2).
Не замыкая ключ , включить трансформатор в цепь переменного тока (замкнуть ключ).
Записать показания вольтметров и.
По формуле (4) рассчитать коэффициент трансформации .
Замкнуть ключ , установить реостатом ток.
Записать показания амперметра и вольтметрав первичной цепи, а также вольтметраи амперметраво вторичной цепи.
По формуле (7) рассчитать кпд.
Пункты 5,6,7, повторить для других значений токов (значения токовуказывает преподаватель).
Данные опытов занести в таблицу.
Таблица
-
№
, А
, В
, А
, В
1
0
2
1
3
2
4
3
Контрольные вопросы
В чем заключается явление электромагнитной индукции, самоиндукции, взаимной индукции?
Записать и сформулировать уравнение Фарадея.
Сформулировать правило Ленца.
Устройство и работа трансформатора.
Для чего применяется трансформатор?
Что называется коэффициентом трансформации и коэффициент полезного действия трансформатора?
Можно ли трансформировать постоянный ток?
Почему сердечник трансформатора набирают из отдельных листов стали?
~
Рис 2.
Литература
1. Курс общей физики А.С. Шубин
2. Курс физики Р.И. Грабовский
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
Приборы и принадлежности: электронная лампа, соленоид, микроамперметр, вольтметр, реостат, источник постоянного тока, УИП-1, ключ.
Цель работы: экспериментально определить удельный заряд электрона.
Теоретическое введение
Удельным зарядом электрона называется отношение заряда электрона к его массе:.
В настоящей работе отношение для электрона определяется при помощи метода, получившего название«метода магнетрона». Это название связано с тем, что применяемая в работе конфигурация электрического и магнитного полей очень напоминает конфигурацию полей в магнетронах – генераторах электромагнитных колебаний в области сверхвысоких частот.
В качестве магнетрона можно использовать двухэлектродную электронную лампу с цилиндрическим анодом и катодом, расположенным вдоль оси цилиндрического анода так, что электрическое поле направлено по радиусу.
Движение электронов в этом случае происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом двухэлектродной электронной лампы. Лампа помещается внутри соленоида, создающего магнитное поле, параллельное катоду.
Рассмотрим траекторию электронов, движущихся под действием рассматриваемой комбинации электрического и магнитного полей.
Электроны, испускаемые раскаленным катодом, под действием электрического поля между катодом и анодом движутся по радиальным траекториям к аноду при отсутствии магнитного поля ().
Если по соленоиду пропустить ток, то на движущийся электрон со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца
, (1)
где - заряд электрона;
В – индукция магнитного поля;
- скорость электрона;
- угол между и.
Так как, а, формула (1) примет вид:
(1а)
Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно скорости движения заряда и поэтому она работы не совершает. Она изменяет только направление скорости , а величина скорости и кинетическая энергия заряда при его движении в магнитном поле не изменяются.
По мере увеличения индукции магнитного поля (усиления силы тока соленоида) траектории электронов будут все более искривляться, а при некотором “критическом” значении индукции магнитного поля электроны перестанут достигать анода и по замкнутым траекториям будут возвращаться обратно на катод (рис 1).
b -
Рис 1
Под действием силы Лоренца электроны приобретают нормальное ускорение. На основании 2 закона Ньютона можно записать
(2)
Приравнивая правые части уравнений (1а) и (2), получим:
, (3)
где - масса электрона;
- радиус кривизны траектории электрона в магнитном поле.
При критическом значении индукции магнитного поля радиус кривизны траектории электрона равен:
, (4)
где b – радиус цилиндра анода
- радиус нити катода.
Так как <<b, то (5)
Из формулы (3), учитывая равенство (5), найдем удельный заряд электрона для критического значения индукциимагнитного поля:
=(6)
При движении электронов в электрическом поле от катода к аноду совершается работа , где- разность потенциалов между катодом и анодом. Эта работа равна кинетической энергии электрона:
(7)
Отсюда найдем скорость электрона
Подставив это выражение в формулу (6), найдем:
(8)
Индукция В магнитного поля, создаваемого током соленоида, в СИ определяется по формуле:
, (9)
где =- магнитная постоянная;
= 1 - магнитная проницаемость среды;
- сила тока, протекающего по соленоиду;
N – число витков соленоида;
- длина соленоида;
и - углы, между осью соленоида и радиусом – вектором, проведенном из рассматриваемой точки к концам соленоида.
Рис 2
Подставив значение в формулу (8), получим расчетную формулу для:
(10)
Принципиальная схема установки, изображена на рис 3, состоит из трех электрических цепей: анодной цепи, цепи катода и цепи соленоида. Анодная цепь состоит из анода, микроамперметра, потенциометра , вольтметра, катода и питается от источника постоянного тока.
Цепь соленоида состоит из соленоида, миллиамперметра, реостата , ключа К1и питается от источника постоянного тока (0-400 В). Для накала катода лампы подается напряжение 2,15 В от УИП.