- •Московский государственный университет прикладной биотехнологии
- •Лабораторный практикум по физике
- •Введение
- •4Ая страница
- •Раздел I. Термодинамика. Молекулярно-кинетические явления переноса.
- •Определение показателя адиабаты методом клемана-дезорма
- •I.Описание установки.
- •II. Методика работы
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов измерений
- •V. Вывод:
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента вязкости жидкости по методу стокса
- •I. Описание установки. Приборы и принадлежности.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок измерений и таблица результатов.
- •IV. Обработка результатов измерений.
- •V. Вывод:
- •Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярным методом (методом Пуазейля)
- •I. Описание установки:
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок измерений.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Литература
- •Раздел II. Колебания. Волны.
- •Исследование затухающих и вынужденных колебаний
- •Упражнение 1
- •Порядок выполнения работы
- •Упражнение 2
- •I. Методика работы
- •II. Описание установки.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов измерений
- •V. Выводы к упражнению 2:
- •Лабораторная работа № 5 (1-11) определение скорости звука в твердых телах методом кундта
- •I. Описание установки.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Вопросы для защиты в форме круглого стола
- •Раздел III. Электростатика. Постоянный ток
- •Лабораторная работа № 6 (2-4) определение емкости конденсатора баллистическим гальванометром
- •Упражнение 1.
- •III. Порядок выполнения работы
- •Упражнение 2.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 7 (2-1) измерение сопротивлений при помощи моста уитстона
- •Из формулы сопротивления для однородного проводника
- •Или, в зависимости от знака х, наоборот:
- •III. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Вопросы для защиты в форме круглого стола
- •Раздел IV. Электромагнетизм
- •Определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля земли
- •I. Описание установки.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов измерений
- •V. Вывод:
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 (2-15) определение кривой намагничиваия железа
- •I. Описание установки.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Вопросы для защиты в форме круглого стола
- •Раздел V. Волновая оптика
- •Изучение явления интерференции света от двух когерентных источников (опыт Юнга)
- •III. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Определение длин волн в спектре с помощью дифракционной решетки
- •I. Описание установки.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов.
- •Контрольные вопросы
- •Изучение закона малюса
- •I. Описание установки.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок выполнения работы.
- •IV. Обработка результатов.
- •Контрольные вопросы
- •II. Методика работы.
- •Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Вопросы для защиты в форме круглого стола
- •Раздел VI. Квантовая оптика
- •Определение температуры нити накаливания с помощью яркостного пирометра
- •I. Описание установки.
- •II. Методика работы.
- •III. Порядок выполнения работы
- •IV. Обработка результатов.
- •Дополнительное задание.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 (3-19) изучение фотоэлемента с внешним фотоэффектом
- •I. Описание установки
- •II. Методика работы
- •III. Порядок выполнения работы
- •Снятие вольтамперной характеристики
- •Снятие световой характеристики
- •Дополнительное задание
- •Контрольные вопросы
- •Ознакомление с работой газового лазера
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Вопросы для защиты в форме круглого стола
- •Приложение I. Погрешности прямых и косвенных измерений
- •2.Абсолютная и относительная погрешности
- •3.Доверительные границы. Доверительная вероятность (коэффициент надежности)
- •4.Задача обработки результатов наблюдений
- •5. Систематические и случайные погрешности
- •6. Однократные и многократные измерения а. Однократные измерения
- •Б. Многократные измерения
- •В. Сложение погрешностей
- •7.Обработка результатов прямых многократных наблюдений
- •А. Порядок операций при обработке результатов прямых многократных измерений
- •Б. Пример обработки результатов прямых многократных измерений
- •8. Обработка результатов косвенных измерений
- •А. Метод частных дифференциалов
- •Б. Метод дифференциала логарифма
- •В. Порядок операций при обработке результатов косвенных измерений
- •2. Округление погрешностей
- •3. Правила построения графиков экспериментальных зависимостей
Раздел IV. Электромагнетизм
ВВЕДЕНИЕ
Общие положения
Подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи (движущиеся заряды) и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Однако, в отличие от электростатического поля, магнитное поле не является потенциальным, его работа на замкнутой траектории не равна нулю, магнитное поле имеет вихревой характер. Если индикатором наличия электрического поля является точечный положительный заряд, то индикатором магнитного поля является элементарный магнитный момент, которым обладает миниатюрный замкнутый плоский контур (рамка) площадью S с током I:
, (IV.1)
где - единичный вектор нормали к плоскости рамки. (В постоянных магнитах суммарный магнитный момент атомов отличен от нуля и в отсутствии внешнего магнитного поля.)
В магнитном поле рамка с током поворачивается, пока вектор не установится вдоль силовых линий магнитно поля, при этом механический вращающий момент пропорционален как силе поля, характеризуемой вектором индукции, так и величине магнитного момента и равен их векторному произведению:
. (IV.2)
Это соотношение может служить для определения величины вектора индукции магнитного поля:
В=Ммакс/рm. (IV.3)
Единицей измерения индукции магнитного поля в системе СИ является Тесла: [B] = 1 Тл. Для магнитного поля, как и для электрического справедлив принцип суперпозиции:
. (IV.4)
Как установил Ампер, на элемент проводника длиной dl с током I в магнитном поле с индукцией действует сила, равная векторному произведению:
. (IV.5)
Частным случаем этой силы является сила Лоренца, действующая на движущийся со скоростью в магнитном поле c индукцией заряд q:
. (IV.6)
Но не только внешнее магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи, но сами токи и движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле. Согласно закону Био-Савара-Лапласа элемент проводника с током создает в точке наблюдения магнитное поле c индукцией , определяемой векторным произведением:
, (IV.7)
где – радиус вектор, проведенный от элемента тока в точку наблюдения. Свободно движущийся со скоростью заряд q создает магнитное поле с индукцией:
. (IV.8)
Здесь μ0 = 4π·10-7 Гн/м – магнитная постоянная; μ – относительная магнитная проницаемость среды. Для вакуума и воздуха μ = 1.
Однако, для характеристики магнитного поля, создаваемого токами, удобнее пользоваться понятием вектора напряженности , который связан с вектором соотношением:
. (IV.9)
Единицей измерения напряженности магнитного поля в системе СИ является 1 А/м.
Индукция и напряженность магнитного поля в центре кругового витка радиуса R с током I равны соответственно :
, . (IV.10)
Величина вектора индукции и вектора напряженности магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом с током I на расстоянии r от него:
, . (IV.11)
Величина напряженности магнитного поля в середине соленоида (узкая длинная катушка) или тороида (катушка, намотанная на тор) равна:
, (IV.12)
где nм – плотность намотки (количество витков на 1 м длины катушки).
Атомы всех веществ обладают собственными магнитными моментами , которые во внешнем магнитном поле упорядочиваются. Возникающий при этом результирующий магнитный момент (называемый для единицы объема намагниченностью вещества) может быть направлен как навстречу внешнему полю (в диамагнетиках, μ<1), так и по направлению внешнего поля (в парамагнетиках, μ>1, и в ферромагнетиках, μ>>1). В случае ферромагнетика индукция внутри него намного больше, чем индукция, созданного теми же внешними токами магнитного поля в вакууме, что используется при изготовлении электромагнитов и трансформаторов.
Принципом работы трансформатора служит явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении в магнитном контуре э.д.с. индукции при изменении во времени величины магнитного потока Фм. Это явление описывается законом Фарадея:
, (IV.13)
где – электродвижущая сила, возникающая в контуре при изменении в нем магнитного потока, которым называют скалярное произведение:
, (IV.14)
где – единичный векторнормали к поверхности S,Bn –нормальная к поверхности составляющая вектора индукции магнитного поля. Единицей измерения магнитного потока в СИ является Вебер: [Ф]=1 Вб
Знак «минус» в (IV.13) означает, что возникающий в замкнутом контуре индукционный ток стремится скомпенсировать или уменьшить изменение магнитного потока в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна.
При прохождении тока в контуре в нем создается магнитное поле, которое пересекает плоскость самого контура, и так возникает магнитный поток через этот контур (явление самоиндукции):
, (IV.15)
где L – индуктивность контура, которая в системе СИ измеряется в Генри:
[L] = 1 Гн. Тогда (IV.13) можно переписать:
. (IV.13а)
Энергия магнитного контура:
, (IV.16)
а энергия магнитного поля:
. (IV.17)
Дж. Максвелл создал единую теорию электромагнитного поля, сконцентрированную в системе уравнений, которые показывают, как изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, а движущиеся электрические заряды (т.е. изменение электрического поля) создают магнитное поле. Таким образом, в природе существует единое электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитных волн.
В живом организме циркулируют жидкости, которые являются электролитами, т.е. происходит направленное движение зарядов. Так что, с одной стороны, организм создает вокруг себя магнитное поле малой напряженности, которое может служить характеристикой его состояния, а с другой стороны – биотоки организма реагируют на внешнее магнитное поле. Последнее обстоятельство нашло широкое применение в физиотерапии. Однако, механизмы воздействия магнитного поля на работу тех или иных органов еще недостаточно изучены. Рассматриваются разные подходы: как через воздействие структурированной в магнитном поле воды, так и через воздействие силы Ампера на биотоки.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 (2-12)