Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Лабораторные работы по физике

Российской Федерации

Новгородский Государственный ниверситет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра Прикладная математика и информатика

Отчет

Измерение ЭДС источника тока методом компенсации

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студента группы № 3311

Jannat

а

Новгорода Великий

2005

Отчет по лабораторной работе № 1.5

Измерение ЭДС источника тока методом компенсации

Цель работы:

измерить ЭДС методом компенсации.

Основные понятия:

Условие возникновения постоянного тока в цепи - наличие свободных зарядов и разности потенциаллов. Поле кулдоновских сил не является причиной возникновения постояннго тока. Для того, чтобы на частке цепи возник ток, нужно, чтобы на свободные заряды действовали силы неэлектростатического происхождения. Такие силы - сторонние. Всякое устройство, в котором действуют сторонние силы, называется источником тока. Он необходим в любой цепи. Внтри источника тока свободные заряды движутся против сил электростатического поля, появляется разность потенциалов (φ) на полюсах и в цепи идет ток. Работа перемещения свободных зарядов - это работа сторонних сил за счет энергии источника (в гальваническом элементе - энергия химических процессов, в э/м генераторе - механическая энергия вращения ротора и т.д.).

Мерой действия сторонних сил источника тока является ЭДС(электродвижущая сила). ЭДС равна работе сторонних сил по перемещению одного положительного заряда q на частке цепи dl:

dA=Fdl cosα, где

F Цсила, действующая на свободный заряд

dl - перемещение заряда

α - гол между вектором силы и перемещения

{Сила, действующая на свободный заряд есть результирующая сила поля кулоновских сил

Сила, действующая на единичный положительный заряд:

аили

я .

Работа перемещения единичного заряда вдоль замкнутой цепи:

Циркуляция вектора напряженности:

аработа перемещения заря да по замкнутому контуру, т.е. ЭДС(ε):

Методы измерения ЭДС:

1. Можно определить ЭДС по закону Ома:

U - падение напряжения на внутреннем частке цепи (на полюсах источника)

J - сила тока в цепи

Отсюда: U= ε - J=0 U= ε.

2. Можно измерить с помощью катодного вольтметра
3. Измерить методом компенсации

Суть метода компенсации:

Подлежащая измерению ЭДС равновешивается (компенсируется ) известным падением напря жения на сопротивлении, включенном в цепь другого источника. В момент компенсации ток через исследуемый источник равен 0, т.к. потенциал точки А (рис. 1) равен потенциалуа положительного полюса источника

а

εа - вспомогательный источник тока

а- исследуемый элемент

а- магазины сопротивления

G - баллистический гальванометр

Выя сним словия , при которых ε исследуемого элемента я падением напря жения на сопротивлении I, через сопротивление а- I, сопротивление подводя щих проводов от вспомогательной батареи - r, от исследуемого элемента -

По первому правилу Кирхгоффа:

I= i +

Применим второе правило:

Ii (r+

I

При компенсации сила тока ачерез исследуемый источник равна 0я примут вид:

I=I, аI+ i (+r+)= ε, I+ I(+r+ )=, I=

Значит, ε исследуемого элемента компенсируется падением напряжения на сопротивлении I:

I= ε /(r+Ir+

Теперь можно найти

Однако это сильно сложня ет расчеты. Проще сравнить ас ЭДС известного элемента, например, нормального элемента t

Тогда ЭДС:

Ir+ аили

Таким образом, сравнение ЭДС двух элементов сводится к сравнению двух сопротивлений. В итоге результат не зависит от r.

Метод компенсации - точный метод. Он позволяет достигать точности 0, 03% от измеряемой величины.

Рабочая схема для измерения ЭДС методом компенсации:

Приборы и инструменты:

Ø 

Ø 

Ø 

Ø  R)

Ø  G)

Ø 

Ø 

Ø  апри точной компенсации (

Ø 

Рабочие формулы:

Т.к. I= 0,00А, то величина измеря емой ЭДС:а(

Величина сопротивления на первом магазине, при котором ЭДС нормального элемента скомпенсирована падением напряжения на нем при I=0,00А:

Величина напряжения на втором магазине:

Сопротивление на магазине R:а R=а(4)

Порядок выполнения и результаты:

1. ая ем величину апо формуле (2):

2. Определяем величину апо формуле (3):

3. ε =В. Определяем величину R по формуле (4): R= 6/0,00А -Ом=3 Ом

4. Т.к. стрелка гальванометра оказалась не на 0; с помощью магазина сопротивления R был подобран такой ток в цепи вспомогательного источника, чтобы ток через гальванометр = 0.При этом R=3600 Ом.

5. При включении в цепь исследуемого элемента стрелка гальванометра оказалась не на 0; с помощью магазинов сопротивления аи абыло достигнуто отсутствие тока через гальванометр. При этом

6. Определяем величину ЭДС исследуемого элемента по формуле (0,00А*1558,63 Ом=1,55863 В.

Формулы для расчета погрешностей:

Для магазинов сопротивления аи апри температуре t=20
2

m Ц число декад магазина(m=6),

R- значение включ. сопротивления в Омах(а=1558,6Ом, 1541,37 Ом )

Для магазина сопротивления R при мощности 0,5 Вт и температуре t=20
5

m Ц число декад магазина(m=6),

R- значение включ. сопротивления в Омах(3600 Ом)

∆e_x /e_x=∆e_n /e_n а+ 2*(∆R/R)- погрешность при измерении ЭДС исследуемого элемента

Расчет погрешностей:

∆e_N= 0,В, погрешности приборов - магазины сопротивлений 0,02; Гальванометр - 1 деление.

∆ R₁Т= (R₁Т/100)*0,05 =0,2 Ома

∆ R₁= (R₁/100)*0,05 =0,26 Ома

Т. к. ∆e_x /e_x=∆e_n /e_nа + 2*(∆R/R), то

∆e_x= e_x *(∆e_n /e_nа + 2*(∆R/R))= 1,55863*(0,1/1,01863 + 0,2/1018,63 + 0,26/1558,63) =

= 1,55863*(0,9817+0,3628)= 1,55863*0,372617=0,58077203471 В

Итак, e_x=(1,55863

Вывод:

Полученные данные, учитывая погрешность при вычислении, подтверждают точность метода компенсации и возможность нахождения ЭДС, применя я этот метод.

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Новгородский Государственный ниверситет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра Прикладная математика и информатика

Отчет

Исследование электростатического поля

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студента группы № 3311

Jannat

а

Новгорода Великий

2005

Отчет по лабораторной работе № 1.1

Исследование электростатического поля

Цель работы:

Найти распределение потенциалов полей различных систем заря дов и построить силовые линии этих полей.

Основные поня тия и законы:

Вся кий неподвижный электрический заря д создаета в окружающей среде электростатическое поле(форма существование материи). Оно дейтсвует только на электрические зая рды, следовательно, его можно обнаружить только при помощи пробного заря да.

Количественной характеристикой поля служит напря женность

я на пробный заря д,

а- величина заря да.

Напря женность - векторная величина, ее направление зависит от знака пробного заря да. Для графического представления напря женности используются силовые линии(линии напря женности) Ц линии, в кажой точке которых направление касательных совпадает с вектором напря женности. Густота линий характеризует численное значение напря женности поля . Закон взаимодействия описан только для точечных заря дов:

а- сила, действующая со торны первого заря да на второй,

а - радиус-вектор от к

ε - диэлектрическая проницаемость среды,

а- электрическая постоя нная ,

В свою очередь, для определения напря женности поля , создаваемого точечным заря дом q на расстоя нии r от него:

Пусть поле создано системой неподвижных заря дов я сила F, действующая на пробный заря д q, будет равна:

Полученное соотношение выражает принцип суперпозиции полей.

Другой метод расчета - по теореме Остороградского-Гаусса:

Ф=ES cos α, где

Ф- поток через площадь S

Α - гол между направлением нормали и

Если поле однородно, то: Ф=EdS cos α, полный потока Ф=

Теорема Остроградского-Гаусса: Ф=

Можно подобрать форму замкнутой поверхности так, чтобы cos α=0, тогда Ф=ЕS,

Электростатическое поле обладает потенциальной энергией. Для описания энергетических свойств поля вводится потенциал φ: агде а- пробный положительный заря д.

При перемещении q меня ется и потенциальная энергия :

аили а- это элемент длины силовой линии

Значит,

-проекция вектора Е на направление премещения аи mаx при анаправлен по касательной к силовой линии.

Величина а- градиент потенциала.

В любом электростатическом поле можно выделить совокупность точек, потениал которых одинаков. Они образуют эквипотениацльную поверхность. равнение такой поверхности имеет вид: φ(x,y,z)= const

При перемещении по эквипотенциальной поверхности на отрезок апотенциал не меня ется (

Значит, в каждой точке поля я линия перпендикуля рны к эквипотенциальной поверхности.

а

Эквипотенциальную поверхность можно провести через любую точку поля . Прия нто проводить так, чтобы разность потенциалов φ между любыми точками двух соседних эквипотенциальных поверхностей была одинаковой.

Чтобы объективно исследовать поле, строя т его модель в подходя щей среде.

Условия модели:

Е- напря женность в данной точке

γ - дельная проводимость электролита

а- вектор плотности тока

Схема становки для исследования электростатического поля с помощью осциллографа и звукового генератора:

Приборы и инструменты:

Ø 

Ø  я ванна

Ø 

Ø 

Ø 

Поря док выполнения и результаты:

Задание 1

Для плоских электродов

1. Помещаем один из зонтов в электролитическую ванну в точку В на оси X, другой зонт - вблизи точки В.

2. Перемещая зонд, находим точки, для которых отклонение луча на экране осциллографа минимально(т.е. потенциал совпадает с точкой В на оси X).

Находим 7-10 таких точек и отмечаем их координаты.

Найденные точки:

Точка А(-7;0) (-7;-1), (-7,-2), (-7;-2,5), (-7;-3), (-7;1), (-7;2), (-7,3)

Точка В(-5;0) (-5;-1), (-5;-2), (-5;-3), (-5;-4), (-5;-5),(-5;1),(-5;2), (-5;3)

Точка С(-3;0) (-3;-1), (-3;-2), (-3;-3), (-3,-4), (-3;1),(-3;2), (-3;3), (-3;4)

Точка D(2;0) (2;-1), (2;-2), (2;-3), (2,-4), (2;1),(2;2), (2;3), (2;4)

Для одного точечного, одного плоского электродов

1. Действуем аналогично.

Найденные точки:

Точка А(-7;0) (-9;-2,5), (-11,-2), (-13;-1), (-14;0), (-9;2,5), (-11;2), (-13,1), (-4;0)

Точка В(-5;0) (-7;-4,5), (-8,-5,5), (-10;-7), (-13;-8), (-7;4,5), (-8;5,5), (-10,7)

Точка С(-3;0) (-4;-3,5), (-5;-8,5), (-6;-10), (-3,5;0), (-4;3,5),(-5;8,5), (-6;10)

Точка D(2;0) (2,5;-10,5), (3,5;-15), (2;-8), (2;-4), (2,0), (2,5;10,5),(3,5;15)

Точка E(6;0) (7;-8,5), (8;-10), (10,-11), (6,5;-5), (6,5;-3), (7;8,5), (8;-10), (10;-11)

Силовые линии полей

График

Задание 2

1. Поместить в электролитическую ванну 2 зонда на электроды.
2. Определить разность потенциалов между электродами.

U=2,2 И

3. Перемещая один из зондов относительно электрода, найти распределение потенциалов между электродами.

Точка (-7;0)а U= 2,1 В Точка (-3;0)а U= 1,4 В

Точка (-5;0)а U= 1,7 В Точка (2;0) U= 0,7 В

4.Построить график зависимости потенциала от расстоя ния между точкой и электродом.

График

Вывод: При выполнении этой лабораторной работы я исследовала электростатическое поле с помощью осциллографа и звукового генератора, установила зависимость потенциала от расстоя ния между электродом и различными точками, также научилась строить силовые линии поля .

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Новгородский Государственный ниверситет

Имени Ярослава Мудрого

Кафедра Прикладная математика и информатика

Отчет

Сня тие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студента группы № 3311

Jannat

а

Новгорода Великий

2005

1.      Цель работы: Построение кривой намагничивания и определение тепловых потерь.

2.Схема становки для сня тия кривой намагничивания :

~UВХ

N1

N2

R1 Ux

R2

C

Uy

S=286 мм;а n₁= 17 витков;а n₂= 300 витков;а C=0,5 мк;а R₁=510 Ом;а R₂=82 кОм;

3.Петля гистерезиса.

Чертеж на миллиметровке

4.Координаты вершин петли гистерезиса.

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
X (дел)	25	23	22	21	18,5	17,5	16	13	11	9
Y (дел)	10	9	8,5	8	7,5	7	6	5	3	3

5.Определение цены деления осциллографа.

U_x = 0,4 В L_X = 50

U_Y = 0,1 В L_Y = 28

6.Определение чувствительности осциллографа.

7.Определение магнитной индукции(В) и напря женности внешнего поля (Н).

H=XK_X ; B=YK_Y

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
X (дел)	25	23	22	21	18,5	17,5	16	13	11	9
Y (дел)	10	9	8,5	8	7,5	7	6	5	3	3
H (А/м)	0,019	0,017	0,017	0,016	0,014	0,013	0,012	0,009	0,008	0,006
B (Тл)	4,810-5	4,310-5	4,110-5	3,810-5	3,610-5	3,310-5	2,910-5	2,410-5	1,410-5	1,410-5

8.Построение графика зависимости B=f(h)

9.Расчет тепловых потерь.

Q=K_XK_YN, где N-число клеток охватываемых петлей, K_XK_Y - произведение определя ющее площадь одной клетки. Работа, произведенная при перемагничивание единицы объема образца за 1 секунду, определя ется по формуле: A/t=K_XK_YN ν,где ν=50 Гца - частота переменного напря жения .

Тепловые потери на перемагничивание определя ются теплотой, выделенной в единице объема тороида за секунду, т.е.: Q/t=K_XK_YN ν

Q/t=7,6710^-44,7810^-632,550=5,9610^-6

10.Вывод:В данной работе мы научились строить кривую намагничивания , определя ть тепловые потери, также работать с такими измерительными приборами как осциллограф.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Новгородский Государственный ниверситет

Имени Ярослава Мудрого.

Кафедр лобщей и экспериментальной физики.

Отчет

Определение коэффициента взаимной индукции двух соленоидов.

Преподаватель:

Евдокимова Л.А.

Студента группы № 3311

Jannat

Новгорода Великий

2005

1. Цель работы.

Определение коэффициента взаимной индукции двух соленоидов с помощью баллистического гальванометра.

2.            Объект исследования .

2.1. Приборы и оборудование.

1)           e;

2)           mА (класс точности 0,2; предел 60 mA);

3)           T_p;

4)           Реостат R;

5)          

6)           G;

7)           ;

8)          

2.2. Схема становки.

G

2.3.      

Рабочие формулы.

b - баллистическая постоя нная ;

С - емкость конденсатора;

n - максимальное количество делений, на которое отклоня ется казатель гальванометра;

U Ц напря жение;

M - коэффициент взаимной индукции;

n_max - максимальное отклонение казателя от нулевого положения в деления х шкалы гальванометра;

r₂ - активное сопротивление цепи второго контура, r₂=r_g+r_c (r_g - сопротивление баллистического гальванометра, r_c - сопротивление второго соленоида).

2.4. Формулы расчета погрешности.

3.            Результаты исследования .

№ опыта	1	2	3
nmax	19	17	16

Для определения баллистической постоя нной мы воспользовались данными лабораторной работы ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ.

№	С0, мк	U0, В	n0
1	1	0,9	16
2	1	0,9	17
3	1	0,9	17

Меня ем местами катушки.

№ опыта	1	2	3
nmax	19	18,5	19,5

Теперь подсчитаем погрешность:

Таким образом,

4.            Вывод.

Изменение тока в одном контуре вызывает изменение магнитного поля в окружающем пространстве и, следовательно, изменя ется магнитный поток, пронизывающий другой контур. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея Ц Ленца изменение магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, приводит к возникновению ЭДС индукции, величина которой пропорциональна скорости изменения этого потока.

Взаимная индуктивность двух соленоидов, намотанных на общий сердечник, определя ется формулой:

где m₀ Ц магнитная постоя нная ;

N₁ и N₂ - число витков первого и второго соленоида;

S Цгнитная постоя нная ;

N₁ и N₂ - число витков первого и второго соленоида;

S - площадь поперечного сечения сердечника;

l - длина сердечника;

m - относительная магнитная проницаемость сердечника.

Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков я вля ется функцией напря женности магнитного поля , в которое он помещен. Следовательно, магнитная проницаемость сердечника трансформатора зависит от числа ампер - витков его первичной обмотки. Поэтому, в опыте мы и получили

М₁ ¹ М₂.