Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум



страница2/9
Дата04.12.2012
Размер0.92 Mb.
ТипИсследование
1   2   3   4   5   6   7   8   9

= 1/ T, = 2 =
3.2. Исследуемый сигнал снять.

4. Наблюдать фигуры Лиссажу (кривая, по которой движется частица, участвующая в двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаниях). Использовать их для нахождения частоты исследуемого сигнала.

4.1. Ручку “Внутр., Внеш., Х” поставить в положение Х (этим отключили генератор развертки).

4.2. На вход канала вертикального отклонения вновь подать исследуемый сигнал. На вход канала горизонтального отклонения подать сигнал от звукового генератора (частота его сигналов может изменяться и измеряться по шкале генератора).




4.3. Изменяя частоту сигнала генератора, добиться по­лучения устойчивых фигур Лиссажу разной формы, на­при­мер, таких как на рис.1.6.

Для трех-пяти фигур из­ме­рить по шкале звукового генератора частоту х сигнала ге­нератора. Частота иссле­ду­е­мо­го сигнала определяется как: у = х  число точек касания горизонтальной прямой / число точек касания вертикальной прямой (см. рис. 1.6).

Результаты занести в табл. 1.2. Сделать вывод относительно у.



Таблица 1. 2


Частоты

1

2

3

4

х













у













Фигуры

Лиссажу














4.4. Снять исследуемый сигнал и сигнал звукового генератора.

5. Наблюдать форму, определить амплитуду, период и частоту второго исследуемого сигнала.

5.1. Ручку “Внутр., ВНЕШ., Х” вернуть в положение “Внутр.”.

5.2.
Подать на вход вертикального канала от специального генератора второй исследуемый сигнал и повторить работу по п.п. 4.2, 4.3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Электронный осциллограф: назначение, основные узлы осциллографа.

2. Устройство электронно-лучевой трубки.

3. Назначение блока питания, усилителей, генератора развертки, блока синхронизации, калибратора.

4. Физические основы работы электронно-лучевой трубки.

5. Назначение основных ручек управления, размещенных на панели осциллографа.

6. Определение амплитуды сигналов.

7. Определение периода колебаний и частоты.

8. Фигуры Лиссажу и использование их для определения частоты сигналов.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Цель работы: ознакомиться с методом моделирования электростатического поля с помощью электропроводной бумаги; исследовать электростатическое поле плоского и цилиндрического конденсаторов.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, вольтметр, электропроводная бумага, планшет с набором электродов, проводники, один из которых снабжен зондом.
Сведения из теории

Электростатическое поле (ЭСП) - форма материи, осуществля-ющая взаимодействие между заряженными телами.

Основным свойством поля является его силовое действие на любой заряд, помещенный в поле.

Источником ЭСП является неподвижный заряд (заряженное тело).

Количественными характеристиками ЭСП являются напряженность и потенциал.

Напряженность поля - векторная физическая величина, характе-ризующая силовое действие поля в точке, численно равная силе, с которой поле действовало бы на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля и по направлению совпадающая с направлением действия этой силы.

, (2.1)

здесь - сила, действующая на заряд + q, помещенный в данную точку поля.

Таким образом, напряженность - это силовая характеристика поля. Единица напряженности - Н/Кл (В/м). Если напряженность поля во всех точках одинакова по величине и направлению, то поле называют однородным, в противном случае - неоднородным.

Потенциал поля в точке - это скалярная физическая величина, характеризующая энергетические свойства поля, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку поля.

, (2.2)

здесь Wп - потенциальная энергия заряда +q, помещенного в некоторую точку поля. Единицей потенциала является В (Дж/Кл). Потенциал - энергетическая характеристика поля.

Потенциальная энергия, а вместе с ней и потенциал задаются с точностью до постоянной. Чтобы потенциал приобрел вполне определенное значение, надо присвоить ему некоторое значение в одной из точек поля. В физике принято считать = 0 в точке, удаленной бесконечно далеко от заряженного тела конечных размеров.

Надо, однако, помнить, что хотя для любой точки поля можно указать такую величину, как потенциал, ясный физический смысл имеет только разность потенциалов двух точек поля (1 - 2): она равна работе поля по перемещению единицы положительного заряда из одной точки (1) в другую точку (2). Измерить практически можно только разность потенциалов. И, говоря об измерении потенциала, подразумеваем измерение разности потенциалов двух точек, потенциал одной из которых условно принимается за нуль.

Из определения разности потенциалов двух точек поля следует, что работа поля по перемещению заряда +q из точки 1 в точку 2 может быть вычислена по формуле

А = q (1 - 2) . (2.3)
Электростатическое поле можно изобразить графически. Делается это с помощью линий напряженности (силовых линий) и эквипотен-циальных поверхностей.

Линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением напряженности поля в этой точке (рис. 2.1 - сплошные кривые).




Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала (на рис. 2.1 пунктирные линии - линии пересечения этих поверхностей с плоскостью рисунка).

Так как работа поля по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю (1 = 2), то это значит, что линии напряженности в любой точке поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Напряженность и разность потенциалов поля связаны между собой. В общем случае эта связь выглядит так:
или . (2.4)
Здесь производная по расстоянию берется вдоль линии напряженности в направлении, совпадающем с направлением единичного вектора нормали n к эквипотенциальной поверхности. Из уравнений (2.4) видно, что вектор E всегда направлен в сторону уменьшения потенциала.

В случае однородного поля модуль вектора напряженности связан с разностью потенциалов соотношением:
, (2.5)
где А и В - потенциалы двух точек (А и В), лежащих на одной линии напряженности, а d - расстояние между этими точками.

Таким образом, зная закон изменения потенциала вдоль силовой линии, можно в любой точке поля определить напряженность поля, численное значение которой равно изменению потенциала на единице длины силовой линии. Отсюда следует еще одна единица измерения напряженности - B/м.
Моделирование электрического поля и описание установки

Исследовать ЭСП, созданное зарядами в вакууме или в воздухе, сложно (нужны специальные приборы). Поэтому чаще всего для изучения поля зарядов используют его модель - поле токов в слабо проводящей среде (в нашем случае - в электропроводной бумаге), которое, как и поле зарядов, является потенциальным. При этом силовым линиям ЭСП соответствуют так называемые линии тока (линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора плотности тока в этой точке), а поверхности равного потенциала этих полей просто совпадают. Сами потенциалы могут быть измерены вольтметром, снабженным проводником с зондом - изолированным металлическим стержнем с заостренным концом.





На рис. 2.2 представлены внешний вид и электрическая схема установки. Здесь 1 - планшет, на который укладывается электропроводная бумага 4, к которой, в свою очередь, прижимаются электроды 2. На эти электроды от источника постоянного тока 3 подается разность потенциалов, создающая электростатическое поле (и электрический ток на поверхности бумаги). С помощью зонда 5 и вольтметра 6 легко измерить потенциал в любой точке поля: для этого достаточно коснуться зондом той или иной точки бумаги.

В данной работе перед студентом стоят следующие задачи:

1) опытным путем найти эквипотенциальные поверхности для полей плоского и цилиндрического конденсаторов;

2) на бумаге для указанных выше полей провести эквипотен-циальные линии и линии напряженности;

3) вычислить величину напряженности поля плоского конденсатора; построить график зависимости потенциала от расстояния.
Порядок выполнения работы
1. Путем осмотра познакомиться с приборами и принадлежностями. Установить предел измерения вольтметра, определить “цену” деления прибора.

2. Закрепить оба листа электропроводной бумаги на планшете темной графитовой стороной вверх, плотно прижав к ним обе пары металлических электродов. Контуры электродов обвести.

3. На прямолинейных электродах собрать электрическую цепь (см. рис.2.2) и после проверки подключить к источнику постоянного тока.

  1. С помощью зонда проверить: на который из электродов подан более высокий потенциал (желательно “минус” - на правый). На бумаге пометить электроды знаками “+” и “-”.

5. Экспериментально найти 5-6 групп точек поля, каждая из которых (групп) имеет одинаковый потенциал. Начните с точек, лежащих на расстоянии 5-10 мм от “-” электрода. В каждой группе взять по 8-10 точек, в том числе во внешней для конденсатора области. Точки на бумаге отмечают прижатием зонда к бумаге. Показания вольтметра для каждой из групп (1, 2, 3, ...) занести в табл. 2.1.

Таблица 2.1


Номер эквип.

линии

i, В

i1, В

ri1103

м

Еi =



i1ri1103

ri12106, м2

Е, %

1






















2

3

.

.

.



















= Е/Е

100%
Е =

Сумма






















Средн. значен.
























6. Перенести электрическую цепь на цилиндрические электроды. Подключить источник тока, установить полярность электродов и найти 2-3 группы точек с одинаковыми потенциалами, значения которых записать прямо на бумаге. Источник поля отключить, цепь разобрать.

7. Оба листа бумаги снять. Повернуть (хотя и не обязательно) светлой стороной вверх. Отметить положение электродов, поставив знаки “+” и “-”. Точки с одинаковыми потенциалами соединить. Это и есть эквипотенциальные линии. На том и другом листе провести (по всему полю) по 7-10 линий напряженности, указав их направление.

8. Вычислить напряженность поля плоского конденсатора и построить график i1 = f (ri1). Для этого:

а) вычислить разность потенциалов 21 = 2 - 1, 31 = 3 - 1,... ;

б) по одной из линий напряженности (в средней части поля) измерить расстояния r21, r31, ... , все результаты занести в табл. 2.1;

в) по формуле (2.5), по данным п.п. “а”,”б” вычислить значения напряженностей исследуемого поля и по ним среднее значение <Е>;

г) заполнить другие графы таблицы, т. е. вычислить i1ri1, ri2, а также i1ri1 и ri2 .

д) вычислить напряженность поля по формуле, следующей из метода наименьших квадратов:
; (2.6)
е) сравнить результаты п.п. “в” и “д”. Найти расхождение в процентах между и E, т. е. расхождение одной и той же величины, найденной разными способами;

ж) начертить график зависимости разности потенциалов (потенциала) от расстояния i1 = f (rr1). Сделать соответствующий вывод.

9. Рабочее место привести в порядок и сдать лаборанту.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое ЭСП? В чем состоит его основное свойство?

2. Какими величинами характеризуют ЭСП?

3. Что называют напряженностью поля? Единицы ее измерения.

4. Что называется потенциалом данной точки поля? Единицы его измерения.

5. Каков физический смысл разности потенциалов двух точек поля?

6. Какова связь между напряженностью и потенциалом поля, между напряженностью и разностью потенциалов?

7. Как графически изображается ЭСП?

8.Что такое линии напряженности и эквипотенциальные поверхности поля? Каково их взаимное расположение (при изображении поля)?

  1. Как моделировалось ЭСП в данной работе? Опишите установку.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconМеханика лабораторный практикум Пермь, 2004 удк 53(07): 378 механика: лабораторный практикум
Практикум предназначен для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconПрактикум Для студентов вузов Кемерово 2010 удк 004. 9 (075) б бк 32. 973-018 с 76 Рецензенты
Охватывает широкий круг алгоритмов обработки структур данных. Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 220301...
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconПрактикум по теплообмену  Учебно-методическое пособие
Б72  Лабораторный практикум по теплообмену: учеб метод пособие. М.: Рхту им. Д. И. Менделеева, 2005. 68 с
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconПрактикум по гидробиологии и ихтиологии Аннотированная магистерская программа «Гидробиология и ихтиология»
...
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconПриложение Лабораторный практикум

Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconПрактикум по курсу "Информатика" для студентов заочной формы обучения
Лабораторный практикум включает работы по следующим темам: алгоритмизация и программирование циклических процессов и известным и...
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconБ. А. Ягодин; под ред. Б. А. Ягодина. М.: Колос, 2002. 584 с. Лабораторный практикум

Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconИсследование кодеров и декодеров совместимых систем цтв secam-3b и pal лабораторный практикум

Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconЭксперимент лабораторный
Лабораторный эксперимент является оной из форм эксперимента. Лабораторный эксперимент проводится в специально подготовленном помещении...
Электро магнетизм лабораторный практикум п ермь 2004 удк 53(07) : 378 электромагнетизм : Лабораторный практикум iconКерножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. с
Керножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. – с
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org