Laboratorniy_praktikum_z_fizik_ukr

γ = γ1 + γ 2 + L + γ n

Таким чином, провідність ділянки кола, складеного з паралельно сполучених провідників, дорівнює сумі провідностей окремих провідників.

На схемі (рис.4) провідники з опорами R3 і R4 включені в коло послідовно.

Величина струму Iе в обох провідниках, звичайно, однакова. Проте напруги U3 і U4 між кінцями кожного з провідників різні. На підставі закону Ома для ділянки кола U3=Iе·R3, U4=Iе·R4.

Повна напруга U34 між цими провідника дорівнює сумі цих напруг, тобто

Порівнюючи формули (8) і (9), знаходимо: R34 = R3+R4.

В загальному випадку, якщо кількість провідників буде п, одержимо наступний результат

n

R= ∑Ri

i=1

Таким чином, при послідовному з'єднанні провідників їх опори додаються.

Ділянка кола з паралельно з'єднаними провідниками R1 і R2 з'єднується з провідниками R3 і R4 послідовно, тоді загальний опір кола

71

де RА – внутрішній опір амперметра

Порядок виконання роботи

1.Одержати електровимірювальні прилади, монтажну панель, джерело живлення, сполучні дроти і таблицю «Позначення на шкалах електровимірювальних приладів».

2.Ознайомитись з лицьовою панеллю приладів. Визначити призначення кожного приладу, принцип дії (систему), межі вимірювання, робоче положення, вид струму.

3.Визначити ціну поділки кожного приладу для кожної межі вимірювання по формулі 1.

4.Визначити RвнА і RвнV по формулі (3) і (4). Порівняти значення внутрішніх опорів амперметра і вольтметра.

5.Заповнити таблицю 1.

Таблиця 1– Результати вимірювань і обчислень

6.Ознайомитися з розташуванням резисторів і контактів на монтажній панелі.

7.Зібрати коло згідно рисунку 4.

72

8.Підключити джерело живлення до клем а і b з дотриманням полярності.

9.З'єднати гнучкими провідниками П1 та П2 клеми 2 і 3, 2' і 3'.

10.Замкнути коло, включивши міліамперметр з дотриманням полярності до клем 5 і 6. (З дозволу лаборанта або викладача підключити зібране коло до електромережі).

11.Визначити силу струму Iе , що протікає в колі. Результат занести

(так як показано на рисунку 4 для провідника R3). Результати занести в таблицю 2.

13.Від'єднати міліамперметр від клеми 5 і 6, закоротивши їх гнучким дротом П3.

14.Зміряти струми I1 і I 2 , що йдуть через опори R1 і R2 . Для цього

роз'єднати гнучкий дріт П1 і підключити міліамперметр між клемами 2

і 3. Це буде I1 . При цьому дріт П2 замкнутий. Аналогічно визначити

I 2 . Результати занести в таблицю 2.

15. Визначити невідомі опори R1 та R4 , використовуючи закон Ома для ділянки кола (чисельне значення опорів R2 та R3 вказано на лабораторному стенді )

16. Розрахувати повний опір кола, відповідного рисунку 4, нехтуючи внутрішнім опором джерела

73

17. Розрахувати силу струму IT в колі, скориставшись законом

Ома ( IT = U ab ).

R

18.Результати розрахунків занести в таблицю 2.

19.Перевірити, чи виконується умова Iе = I1 + I 2 .

20.Порівняти значення струмів в колі Iе і IT , одержані відповідно

експериментально і теоретично.

21.Перевірити, чи виконується умова U ab = U1 +U A + U3 + U 4

22.Зробити висновок про ступінь виконання законів Ома.

Таблиця 2– Результати вимірювань і обчислень

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Як класифікуються електровимірювальні прилади, що використовуються для вимірювання електричних величин?

2.Що таке межа вимірювання приладу? Як визначити ціну поділки?

3.Що таке клас точності приладу?

4.Як визначається внутрішній опір амперметра і вольтметра?

5.Як підключають в електричну схему амперметр, вольтметр? Чому?

74

6.Що таке електричний струм? В яких одиницях вимірюється?

7.Який струм називають постійним?

8.Які умови тривалого існування електричного струму?

9.Що таке напруга? В яких одиницях вимірюється?

10.Що таке опір матеріалу? В яких одиницях вимірюється?

11.Що стверджує закон Ома для однорідної ділянки кола, для повного кола?

12.Що таке ЕРС?

13.Як визначити корисну потужність і потужність джерела? В яких одиницях вимірюється потужність?

14.Як визначити загальний опір послідовно з’єднаних провідників?

15.Як визначити загальний опір паралельно з’єднаних провідників?

Лабораторна робота № 302

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ В ЦЕНТРІ СОЛЕНОЇДА ВІД СИЛИ СТРУМУ В ЙОГО ОБМОТЦІ

Мета роботи - визначити напруженість магнітного поля в центрі соленоїда по періоду коливань магнітної стрілки при різних значеннях сили струму в його обмотці, побудувати графік залежності напруженості від сили струму.

Прилади і обладнання: соленоїд, магнітна стрілка, яка підвішена на непружній нитці, міліамперметр, реостат, двополюсний перемикач, секундомір.

75

Основні вимоги до теоретичної підготовки: При підготовці до лабораторної роботи необхідно пропрацювати розділи курсу загальної фізики "Магнітне поле і його характеристики", "Закон Біо- Савара-Лапласа", "Закон Ампера" і методичні вказівки до даної роботи.

Теорія методу і опис установки

Соленоїд — котушка циліндрової форми з дроту, витки якої намотані в одному напрямі. Його магнітне поле є результатом додавання полів, створених круговими струмами витків обмотки, що розташовані один біля одного і мають загальну вісь. В центральній частині достатньо довгого соленоїда густина силових ліній постійна, тобто поле практич-

но однорідне (рис. 1).

Рисунок 1 – Магнітне поле соленоїду

Наявність магнітного поля виявляється через його силову дію на провідники із струмом або на постійні магніти (магнітні стрілки), які внесені у це поле.

76

Силовими характеристиками магнітного поля є вектор

Магнітна індукція чисельно дорівнює максимальній силі dF, діючій з боку поля на одиницю довжини dl провідника, по якому тече електричний струм I одиничної сили і який розташований перпендикулярно до напряму магнітного поля:

R

Вектор B направлений по дотичній до силової лінії поля – лінії магнітної індукції, яка визначається за правилом правого гвинта:

напрям лінії магнітної індукції співпадає з напрямом обертання го-

ловки гвинта, якщо його поступальний рух співпадає з напрямом струму в провіднику.

Лінії магнітної індукції завжди замкнуті і охоплюють провідник із струмом (рис.1, 2).

Силова лінія

R

Рисунок 2 – Магнітне поле поодинокого провідника з током

77

Сили, які діють з боку магнітного поля на північний і південний кінці магнітної стрілки, завжди прагнуть встановити її уздовж силової лінії поля (рис. 3). Тому напрям магнітного поля в даній точці можна визначити як напрям, який вказує північний полюс магнітної стрілки (стрілки компаса), поміщеної в цю точку.

Величина індукції магнітного поля в будь-якому середовищі залежить від його властивостей.

Рисунок 3 – Обертальний момент, що діє на магнітну стрілку з боку магнітного поля

Згідно закону повного струму для магнітного поля в вакуумі

R

де dl - вектор елемента довжини контуру, направлений вздовж обходу контуру;

R

Bl = B cosα - проекція вектора B на дотичну до контуру;

RR

α- кут між векторами B і dl ;

78

n – кількість провідників зі струмом, які охоплює контур L довільної форми.

Цей закон можна використати для розрахунку магнітного поля соленоїда. Отже, магнітна індукція поля всередині соленоїда у вакуумі дорівнює:

Якщо в центрі соленоїда розташувати магнітну стрілку, підвішену на тонкій невагомій і непружній нитці, то при пропусканні струму по обмотці соленоїда магнітне поле останнього приведе стрілку в коливальний рух. Період цих коливань залежатиме від величини і на- пряму магнітного поля соленоїда, а враховуючи (3) від сили струму в його обмотці. Визначаючи експериментально період коливань стрілки при різних значеннях сили струму, можна досліджувати залежність напруженості магнітного поля в центрі довгого соленоїда від сили струму в його обмотці.

79

За відсутності струму в соленоїді на магнітну стрілку діє тільки магнітне поле Землі. Тому на даній широті місцевості вона завжди буде орієнтована уздовж одного і того ж напряму - уздовж силової лінії магнітного поля Землі. При відхиленні стрілки на невеликий кут

α(рис. 3), сила, діюча на стрілку з боку цього поля, прагне повернути

їїв первинне положення.

Згідно основному закону динаміки обертального руху сумарний момент сил, діючий на стрілку:

В рівнянні (4) для магнітної стрілки не будемо враховувати момент сили деформації (кручення) нитки, оскільки вона непружна. Механічний момент сили, діючий з боку магнітного поля Землі:

R

де Pm – магнітний момент стрілки;

R

B0 – індукція однорідного магнітного поля Землі (горизонтальна скла-

дова);

RR

α– кут між векторами Pm і B0 .

80