fizika_668

61

23 Зняття петлі гістерезису за допомогою осцилографа

23.1 Мета роботи

Ознайомлення з методом зняття петлі гістерезису феромагнетика.

23.2 Схема й принцип дії установки

Петлю гістерезису можна одержати на екрані електронного осцилографа за допомогою схеми, представленої на рисунку 23.1. Петля гістерезису виходить, якщо феромагнетик 4 помістити в магнітне поле, яке створюване первинною обмоткою 1, по якій тече струм.

На пластини електронно-променевої трубки осцилографа 3, що горизонтально відхиляють, потрібно подати напругу UX, первинної обмотки 1. Ця напруга пропорційна напруженості поля H, що намагнічує. А на пластини, що вертикально відхиляють – напругу UY, що виникає на кінцях вторинної обмотки 2. Ця напруга пропорційна індукції B результуючого поля у феромагнетику.

Досліджуваною речовиною є залізо (або нікель), з якого виготовлений тороід. Первинна обмотка тороіда живлеться через опір

62

R1, змінним струмом I1. Опір R служить для обмеження струму, що протікає по обмотці, що намагнічує.

Для побудови петлі гістерезису необхідно виміряти на екрані електронного осцилографа координати nX і nY вершин петлі гістерезису.

23.3 Порядок виконання роботи

23.3.1 Зібрати відповідно до схеми електричне коло (рисунок

23.1).

23.3.2Включити осцилограф і вивести електронний промінь у центр координатної сітки.

23.3.3Включити електричне коло у мережу змінного струму.

23.3.4За допомогою рукояток «УСИЛЕНИЕ ПО ВЕРТИКАЛИ», «УСИЛЕНИЕ ПО ГОРИЗОНТАЛИ» і латра домогтися того, щоб петля гістерезису мала ділянку насичення й займала більшу частину екрана.

23.3.5Зменшуючи напругу, яка подається за допомогою латра, одержати на екрані осцилографа сімейство петель гістерезису (не менше 4). Зняти для кожної з них координати вершин nX і nY. Вимірювання роблять до тих пір, поки петля не стягнеться в крапку.

23.3.6Обчислити значення KX і KY (величини R1, n1, S, N2, C, R2, U0X і U0Y вказані в таблиці на установці) по формулах:

23.3.7Знайти значення H=nХ KX і B=nY KY для координат вершин всіх отриманих петель гістерезису.

23.3.8Результати розрахунків записати в таблицю 23.1.

23.3.9За отриманими даними побудувати криву B=f(H).

Таблиця 23.1

№ КX, А/м KY, Тл nX nY H, А/м B, Тл

63

24 Визначення швидкості звуку за допомогою електронного осцилографа й звукового генератора

24.1 Мета роботи

Дослідження пружних хвиль за допомогою електронного осцилографа й звукового генератора.

24.2 Схема й принцип дії установки

Схема установки зображена на рисунку 24.1.

Електронний осцилограф 1 призначений для фіксування додавання взаємноперпендикулярних коливань. Звуковий генератор 2 являє собою джерело електричних коливань звукової частоти (20 20000 Гц). Електродинамічний репродуктор 3 використовується для перетворення електричних коливань, що надходять від звукового генератора 1, у звукові коливання. Мікрофон 4 призначений для перетворення звукових коливань, випромінюваних репродуктором, в електричні. Оптична лава застосовується для вимірювання відстаней, на які переміщається мікрофон.

Метод вимірювання швидкості звуку (пружних хвиль), що використовується у дійсній роботі, зводиться до вимірювання різниці

64

фаз коливань звукової частоти, що подаються до двох взаємно перпендикулярних пар пластин X i Y електронно-променевої трубки осцилографа, що відхиляються. На одну пару пластин (Х) електронного осцилографа 1 (рисунок 24.1) подається синусоїдальна напруга, яка підводиться до електродинамічного репродуктора 3 (джерело звуку) від звукового генератора 2. На іншу пару пластин (Y) осцилографа подається синусоїдальна напруга, що індукується в мікрофоні 4 (приймач звуку), який перебуває на відстані L від репродуктора 3. Різниця фаз між цими двома напругами, частота яких однакова й дорівнює звуковій частоті, залежить від відстані L, швидкості звуку у середовищі, що розділяє мікрофон і репродуктор, частоти коливань , а також від граничних умов.

Якщо на початку спостережень домогтися (підбором або L), щоб промінь на екрані осцилографа робив коливання по прямій, яка минає через перший й третій координатні кути системи XY, а потім, видаляючи мікрофон 4 від репродуктора 3, – по прямій, яка минає через другій й четвертий координатні кути, та відстань між цими двома положеннями мікрофона 4 буде рівнятися половині довжини звукової хвилі. Якщо й далі видаляти мікрофон 4 від репродуктора 3, можна домогтися, щоб промінь знову робив коливання по прямій, яка минає через перший й третій координатні кути. Відстань між початковим і кінцевим положеннями мікрофона 4 буде рівнятися довжині звукової хвилі . Вимірявши довжину хвилі в м й знаючи частоту в Гц, можна обчислити швидкість звуку в м/с:

24.3 Порядок виконання роботи

24.3.1 Установити репродуктор і телефон на оптичній лаві. 24.3.2 Зібрати електричну схему установки відповідно до

рисунка 24.1. Мікрофон 4 з'єднати із входом вертикального відхилення Y, а репродуктор 3 – із входом горизонтального відхилення X. Ручки горизонтального й вертикального підсилювачів осцилографа встановити на нуль.

24.3.3 Включити осцилограф. Сфокусувати електронний промінь у крапку й установити його в центрі екрана.

24.3.4 Включити звуковий генератор 2. Відрегулювати горизонтальне посилення Х осцилографа 1 так, щоб електронний промінь описав горизонтальну пряму в третю частину діаметра екрана.

65

24.3.5 Поставити ручку вертикального посилення Y осцилографа 1 на максимальне посилення.

24.3.6 Міняючи частоту генератора 2 й відстань L між репродуктором 3 і мікрофоном 4, одержати на екрані пряму лінію.

24.3.7 Домогтися, щоб кут нахилу прямої лінії до осей координат склав 45 . Для цього необхідно підібрати відповідне ослаблення сигналу (за допомогою перемикачів ослаблювачів і перемикача навантаження) і горизонтальне посилення осцилографа.

24.3.8 Зафіксувати положення мікрофона 4 й, переміщаючи його по оптичній лаві, домогтися, щоб електронний промінь знову почав описувати пряму лінію, розташовану в тих же координатних кутах, що й при первісному положенні мікрофона 4. Відстань між первісним і кінцевим положеннями мікрофона в цьому випадку дорівнює довжині хвилі .

24.3.9 Записати частоту . Проробити дослід 3 рази для однієї частоти й визначити середнє значення сер.

24.3.10 Змінити частоту й повторити п. 24.3.6 24.3.9.

24.3.11 Підрахувати швидкість звуку для сер по формулі (24.1) і визначити погрішність вимірюваннь (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Відповідь записати у вигляді:

= сер

Результати вимірюваннь і обчислень записувати в таблицю 24.1.

Таблиця 24.1

66

25 Визначення швидкості звуку в повітрі за способом резонансу

25.1 Мета роботи

Навчитися методики вимірювання швидкості поширення пружних хвиль за допомогою електронного осцилографа й звукового генератора.

25.2 Схема й принцип дії установки

Циліндрична скляна трубка 1 з'єднана внизу з гумовою камерою 2, наповненою водою (рисунок 25.1). Гумова камера 2 призначена для підбору висоти повітряного стовпа, при якій спостерігаються стоячі звукові хвилі заданої частоти. Трубка 1 постачена шкалою. Над відкритим кінцем судини закріплений телефон 4, з'єднаний зі звуковим генератором 3. На передній панелі генератора 3 є перемикач піддіапазонів і диск зі шкалою. Для частоти 20 200 Гц ручка перемикача піддіапазонів установлюється в положенні «x1» , а потім плавним поворотом диска шкали встановлюється необхідна

частота. Для частоти 200 2000 Гц ручка діапазонів установлюється в положення «x10». Результат відліку частоти по шкалі множимо на 10. Для частоти 200 20000 Гц ручка перемикача діапазонів установлюється в положення «x100». У цьому випадку результат відліку частоти множиться на 100.

67

25.3 Порядок виконання роботи

25.3.1Включити звуковий генератор, настроїти його на певну частоту (частоту довідатися в керівника занять).

25.3.2Натискаючи рукою на гумову камеру, піднімати рівень води в судині й виміряти положення рівнів води в моменти посилення звуку. Положення рівнів виміряти по 3 рази й записати в таблицю середнє значення положення рівня по шкалі в момент посилення звуку.

25.3.3 Аналогічні вимірювання зробити для трьох частот коливань.

25.3.4Визначити швидкість о звуку при 0 оС для різних довжин хвиль і по формулі:

25.3.6 Обчислити відносну й абсолютну погрішності (див. розділ 34 “Загальні відомості”), а також середнє значення швидкості звуку υ0сер, й записати результат у вигляді:

υ0 = υ0сер υ0

68

26 Визначення частоти генератора ультракоротких хвиль методом стоячої електромагнітної хвилі

26.1 Мета роботи

Засвоїти метод визначення частоти генератора ультракоротких хвиль методом стоячої електромагнітної хвилі

26.2 Схема й принцип дії установки

Для отримання електромагнітних коливань у лабораторній роботі використовується генератор ультракоротких хвиль (УКХ, рисунок 26.1), який зібрано по двотактній симетричній схемі на двох лампах 6Н7С (подвійний тріод). У простір електромагнітні коливання випускаються за допомогою випромінюючої антени.

69

Для одержання стоячої електромагнітної хвилі використовується двопровідна лінія: замкнута або розімкнута, яка підключена до приймальної антени. Електромагнітна хвиля, що поширюється в двопровідной лінії, доходить до її кінця і відбивається. У результаті накладення падаючої й відбитої хвиль й утворюється стояча хвиля. Відстань між двома сусідніми пучностями хвилі дорівнює половині її довжини /2. Положення максимумів струму, а отже, і пучностей магнітного поля може бути виявлене за допомогою лампочки накалювання. У цих крапках лампочка буде горіти яскравіше. Переміщаючи лампочку накалювання уздовж двопровідной лінії, і, визначаючи координати максимумів струму, знаходять відстань між суміжними максимумами рівне /2. Визначивши довжину хвилі в м і знаючи швидкість поширення електромагнітних

26.3 Порядок виконання роботи

26.3.1Включити генератор УКХ, приєднавши випрямляч до мережі змінного струму.

26.3.2Настроїти двопровідну лінію. Для одержання стоячої хвилі в замкнутої двопровідної лінії необхідно підібрати її довжину так, щоб на ній уклалося ціле число напівхвиль. Цього можна домогтися, переміщаючи контактну перемичку уздовж лінії. На кінець двопровідної лінії помістити лампочку-індикатор і, рухаючи її, знайти місце найбільш яскравого світіння. Потім на це місце помістити контактну перемичку без лампочки. У результаті двопровідна лінія виявиться настроєною.

26.3.3Для вимірювання довжини хвилі контактну перемичку з індикатором переміщають уздовж лінії. Знаходять точки найбільш яскравого світіння лампочки й записують координати цих крапок x1, x2, x3 і т.д. Обчислюючи різницю координат кожної пари сусідніх

пучностями хвилі дорівнює /2, то сер= /2, звідки =2 сер.

26.3.4 По формулі (26.1) обчислити частоту коливань генератора УКХ.

70

26.3.5 Вивести формулу й розрахувати погрішність визначення частоти (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Результати вимірюваннь і обчислень занести в таблицю 26.1.

Таблиця 26.1