- •Саратовский государственный технический университет электричество и магнетизм 2
- •Саратов 2006
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические положения
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Расчет погрешностей
- •Лабораторная работа 2
- •Основные теоретические положения
- •Обработка результатов
- •Расчет погрешностей
- •Лабораторная работа 3 изучение процессов заряда и разряда конденсатора
- •Основные теоретические положения
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Обработка результатов
- •Расчет погрешностей
- •Лабораторная работа 4
- •Основные теоретические положения
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Расчет погрешностей
- •Лабораторная работа 5
- •Основные теоретические положения
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Расчет погрешностей
- •Лабораторная работа 6
- •Основные теоретические положения
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Литература
- •Основные методики расчета погрешностей
- •Коэффициенты Стьюдента cn
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет электричество и магнетизм 2
Методические указания
к лабораторным работам по физике
для студентов всех специальностей
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2006
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания представляют описание шести лабораторных работ физического практикума по разделу «Электричество и магнетизм»:
1) «Изучение явления взаимной индукции»;
2) «Ток в вакууме»;
3) «Изучение процессов заряда и разряда конденсатора»;
4) «Изучение электрических процессов в простых линейных цепях при действии гармонической электродвижущей силы»;
5) «Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре»;
6) «Изучение электрических свойств сегнетоэлектриков»;
Во всех работах приведены основные теоретические положения по теме исследования. Однако более глубокое понимание изучаемого явления невозможно без самостоятельной работы студентов с использованием дополнительной рекомендуемой литературы. В полной мере это относится к выбору методов расчета погрешностей. Приведенные в данном издании методики носят рекомендательный, а отнюдь не обязательный характер. Каждый студент либо самостоятельно, либо консультируясь с преподавателем, может предложить иной способ подсчета погрешностей, используя приложение и рекомендованную литературу.
Лабораторная работа 1
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ
Цель работы: исследование взаимной индукции двух коаксиально расположенных катушек, измерение коэффициентов взаимной индукции катушек в зависимости от их взаимного расположения при различных значениях амплитуды и частоты входного сигнала.
Основные теоретические положения
Потоком магнитной индукции через поверхность называется величина:
. (1.1)
В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (=).
При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в нем возникает электродвижущая сила электромагнитной индукции, равная скорости изменения магнитного потока:
. (1.2)
Знак «минус» в (1.2) отражает правило Ленца, согласно которому возникшая в контуре вызывает ток такого направления, что магнитное поле этого тока препятствует изменению магнитного потока.
Если магнитное поле вызвано током , протекающим по какому-либо контуру, то магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, пропорционален току, т.е.
. (1.3)
где индуктивность (коэффициент самоиндукции) контура. Величиназависит от геометрических свойств (формы и размеров) контура и магнитных свойств (магнитной проницаемости) окружающей среды. В системе СИ индуктивность измеряется в генри ().
Если магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, меняется вследствие изменения тока, протекающего по этому контуру, то в контуре возникает , которую называют электродвижущей силой самоиндукции:
. (1.4)
Если в непосредственной близости находится два или более контуров, то при изменении силы тока в одном из них возникает переменный магнитный поток, пронизывающий все остальные контуры, а следовательно, возникают и электродвижущие силы, определяемые соотношением:
, (1.5)
гдеток в контуре с номером;электродвижущая сила в контуре с номером;взаимная индуктивность контуров. Данное явление называют взаимной индукцией, а контурыисвязанными.
В отсутствие ферромагнетиков имеет место равенство:
. (1.6)
Величина коэффициентов зависит от взаимного расположения контуров, их формы и размеров, а также магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Измеряетсяв тех же единицах, что и индуктивность.
В качестве примера рассмотрим вычисление взаимной индуктивности двух катушек, намотанных на общий тороидальный железный сердечник (рис.1.1).
П
Рис.1.1. Катушки
на тороидальном
сердечнике
, (1.7)
где длина сердечника. Магнитный поток через поперечное сечение сердечника
. (1.8)
Полный поток через вторую катушку
(1.9)
Таким образом, находим:
. (1.10)