- •Лабораторна робота № 4.1 Вивчення гальванометра магнітоелектричної системи
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.2 Перевірка закону Ампера
- •Опис установки
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.3 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки та хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.4 Вивчення магнітного поля соленоїда за допомогою датчика Холла
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.5 Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №4.6 Визначення прискорення вільного падіння за допомогою оборотного маятника
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №4.7 Вивчення згасаючих коливань у коливальному контурі та визначення його параметрів
- •Теоретичні відомості і опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №4.8 Вивчення вимушених коливань у контурі
- •Теоретичні відомості і опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №4.9 Визначення швидкості звуку в повітрі
- •Теоретичні відомості і опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №4.10 Вимірювання довжини хвилі і частоти електромагнітних коливань
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювання
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.1 Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки та вивід робочої формули
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.2 Визначення радіуса кривизни лінзи за допомогою кілець Ньютона
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.3 Вивчення дифракції світла
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки та виведення робочої формули
- •Хід роботи
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.4 Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки та виведення робочої формули
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.5 Перевірка закону Малюса
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.6 Визначення концентрації цукру в розчині поляриметром
- •Теоретичні відомості
- •Опис експериментальної методики
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №5.7 Дослідження залежності енергетичної світності абсолютно чорного тіла від його температури та перевірка закону Стефана-Больцмана
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №5.8 Дослідження зовнішнього фотоефекту
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №5.9 Вивчення залежності опору термістора від температури
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід виконання роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №5.10 Дослідження вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота №5.11 Дослідження закону поглинання γ – променів
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
Теоретичні відомості
(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §§4.1, 4.4, 5.1, 5.3)
Нехай у магнітному полі з індукцією знаходиться лінійний елемент струму . На нього з боку поля діє сила, величина і напрямок котрої визначаються законом Ампера
, (1)
або у скалярній формі
, (2)
де – кут між та .
Сила, що діє на провідник зі струмом скінченої довжини, знаходиться з (1) або (2) інтегруванням по всій довжині провідника. (3)Зокрема, для прямолінійного провідника в однорідному магнітному полі з (3) одержимо
. (4)
Напрямок сили Ампера знаходиться за правилом лівої руки (рис.2).
Щоб одержати формулу для обчислення сили Ампера в даній лабораторній роботі, розглянемо рівняння руху фізичного маятника (рамки abcd) Цей маятник здійснює коливання відносно осі cd. Застосуємо до нього основний закон динаміки обертального руху твердого тіла
, (5)
де – момент інерції маятника відносно осі cd, –кутове прискорення, – головний момент зовнішніх сил відносно цієї осі.
У
Рис.2
, (6)
де відстань від осі обертання до центра мас, – кут відхилення маятника від положення рівноваги, – маса маятника. Знак “–” показує, що момент сили тяжіння обертає маятник в бік, протилежний відхиленню від рівноваги.
Якщо через провідник ab, що знаходиться в магнітному полі електромагніта М, проходить електричний струм, то на маятник, крім сили тяжіння, діє сила Ампера. Напрямок сили Ампера, в залежності від напрямку струму, або співпадає з напрямком сили тяжіння, або протилежний до нього. Сила Ампера прикладена до провідника ab і створює момент сили
Рис.3 Рис.4
де – відстань від провідника ab до осі обертання. Знак “–” в (7) відноситься до випадку, коли сила Ампера напрямлена вниз (рис.3), а знак “+” – коли вгору (рис.4).
Після підстановки (7) і (6) в (5) одержимо
.
Для малих кутів , тому, якщо кут відхилення малий, останнє рівняння можна записати у вигляді
, або .
Введемо позначення
, (8)
тоді останнє рівняння набуде вигляду
. (9)
Вираз (9) – диференціальне рівняння вільних гармонічних коливань, розв’язок котрого
, (10)
де – амплітудне значення кута відхилення, – власна циклічна частота, квадрат якої визначається рівнянням (8). Якщо струм в провіднику ab відсутній, то , і маятник коливається з циклічною частотою . З (8) тоді
. (11)
З (8) і (11) знайдемо , або
. (12)
Циклічна чистота пов’язана з періодом коливань співвідношенням . Врахувавши це, а також виразивши І з (11), запишемо рівняння (12) у вигляді
,
де і – періоди коливань маятника у відсутності та при наявності струму, відповідно. Відношення можна замінити відношенням проміжків часу , за які маятник здійснив однакову кількість коливань. Тоді останнє рівняння набуде вигляду
, (13)
де – постійна лабораторної установки, яка вказана в її паспорті. Таким чином, вимірявши і , за формулою (13) можна розрахувати силу Ампера для кількох значень сили струму і побудувати графік залежності . Оскільки напрямок струму в провіднику ab перпендикулярний до ліній магнітної індукції (див. рис.1), то формула (4) для сили Ампера набуде вигляду
, (14)
де – довжина провідника ab.
В даній лабораторній роботі індукція магнітного поля В залишається незмінною, тому залежність має бути пропорційною. В цьому суть перевірки закона Ампера. Визначивши для даного значення сили струму, з (14) можна визначити індукцію магнітного поля
. (15)