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



страница6/9
Дата04.12.2012
Размер0.92 Mb.
ТипИсследование
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Описание установки и теория метода

определения магнитного поля Земли
И

спользуемая в данной работе уста­новка состоит из двух блоков: основного и вспо­могательного (блок питания). Ос­нов­ной блок (рис.7.3) представляет собой мас­сивную подставку 1, на которой центрично установлено основание 2, имеющее две стойки 3. В стойках закреплена ось кожуха 4, в который заключен основной элемент этого блока - электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) 5. Благодаря такой конструкции ЭЛТ может поворачиваться как в вертикальной плоскости (вокруг горизонтальной оси ОО), так и в горизонтальной плоскости. В центре основания 2 установлен обычный компас 6 с вращающимся указателем. Вспомо­га­тель­ный блок обеспечивает питанием ЭЛТ и представляет собой систему выпрямителей и трансформаторов, заключенных в кожух. На ли­це­вой панели помещены элек­тро­измерительные приборы и ручки упра­вле­ния изображением следа элек­тронного луча на экране ЭЛТ - “Яркость”, “Фокус I”, “Фокус II”. Блок питания соединяется с ЭЛТ через бронированный кабель.

ЭЛТ представляет собой сте­клянный баллон (рис. 7.4), из ко­торого откачан воздух. В узкой час­ти трубки имеются электроды – ка­­тод (К) и анод (А). Подо­гре­ваемый катод служит источником электронов (термоэлектронная эмис­сия).




Анод, на который подается большой поло­житель­ный потен­ци­ал U по отношению к катоду, ускоряет электроны. Последние, имея таким образом большую скорость, достигают передней части ЭЛТ - экрана, заставляя его светиться в той точке, куда они попадают. Экран ЭЛТ покрыт масштабной сеткой, что удобно при измерениях коор­ди­нат светящейся точки.

Суть метода измерения ин­дук­ции магнитного поля Земли сводится к следующему: если заряженная частица (электрон) движется в магнитном поле, то на нее действует сила Лоренца, величина и направление которой определяется равенством

,
где е и v - заряд и скорость электрона, а - индукция магнитного поля.




При = /2 (рис.7.5) электрон в магнитном поле под действием силы Лоренца движется по окружности, радиус R которой связан с индукцией В и скоростью v вторым законом Ньютона (m - масса электрона):
. (7.2)
Отсюда следует, что
gif" name="object89" align=absmiddle width=68 height=38> . (7.3)

Таким образом, зная v и R, можно вычислить В. Скорость электрона v можно определить из условия: кинетическая энергия электрона, приобретенная им при разгоне между катодом и анодом, равна работе сил электрического поля между анодом и катодом, т. е.
, откуда . (7.4)
Что касается R, то его можно найти из эксперимента, измерив смещение d электронного пучка на экране ЭЛТ под действием магнитного поля. Действительно, пусть v - та скорость электрона, которую он имел по выходе из анода. Попав в магнитное поле, направленное, например, “от нас” (рис.7.6), электрон начинает двигаться по дуге АС окружности радиуса R и достигает экрана ЭЛТ не в точке Е, а в точке С; т.е. он будет смещен по сравнению с тем, как если бы он двигался прямолинейно, на величину d. На рис.7.6 L - расстояние от анода до экрана.

Из подобия треугольников АСD и DСВ следует:



или ,
откуда

. (7.5)
Подставляя (7.4) и (7.5) в (7.3), получим
.
Опыт показывает, что d<, поэтому величиной d2 в знаменателе можно пренебречь, тогда
. (7.6)
Выражение (7.6) является в данной работе расчетной формулой. Как будет видно в дальнейшем, роль В в приведенных формулах в нашем случае играют поочередно либо Вв - вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли, либо Вг - горизонтальная составляющая этого поля.




Из рис. 7.7 видно, что в первом случае смещение пучка электронов будет по оси x (т.е. d = х), а во втором - вдоль оси у (d = у). Так как магнитное поле Земли “выключить” нельзя, то мы не можем знать нулевого положения электронного пучка на экране. Но в этом и нет необходимости. Действительно, если мы будем знать координаты следов электронного пучка в двух случаях, соответствующих противоположным направлениям движения электронов, то разность между этими коор­ди­натами (т.е. расстояние между следами) и есть 2х и 2у (рис.7.7).

Определив Вв и Вг, легко вы­числить полную индукцию маг­нит­ного поля Земли.
(7.7)
и магнитное наклонение

. (7.8)
Порядок выполнения работы
1. Подготовить установку.

1.1. Путем внешнего осмотра познакомиться с устройством обоих блоков установки. Подсоединить блок питания к ЭЛТ.

1.2. Подать на блок питания сетевое напряжение (через вилку и тумблер “Сеть”). Дать прогреться установке в течение 2 - 3 минут.

1.3. С помощью ручек управления “Фокус II”, “Яркость” добиться лучшей видимости следа электронного луча на ЭЛТ.

1.4. С помощью арретира стрелку компаса освободить.

2. Определить Вв.

2.1. Установить продольную ось ЭЛТ в плоскости магнитного меридиана. Для этого: повернуть основание основного блока так, чтобы имеющаяся на нем метка, совпала с северным полюсом стрелки компаса.

2.2. Поворачивая ЭЛТ вокруг оси ОО, привести ее в горизонтальное положение. Отметить координату х1 следа электронного луча, который может находиться и вне оси x (одно деление сетки равно 2 мм, но сделать это лучше с помощью полоски миллиметровой бумаги).

2.3. Не сдвигая основания прибора, повернуть ЭЛТ на 1800 (опять вокруг оси ОО) и вновь отметить значение координаты х2 электронного следа.

2.4. Найти расстояние между координатами х1 и х2, равное 2d.
2d = х1 + х2 или 2d = х1 - х2 .
2.5. Пункты 2.2, 2.3, 2.4 повторить еще 2 раза. Найти среднее значение <2d>.

2.6. По формуле (7.6) вычислить среднее значение В> - вертикальной составляющей магнитного поля Земли (L и U должны быть заданы, m/e взять из справочника).

3. Определить Вг.

3.1. ЭЛТ повернуть (используя метку - линию на основании прибора и шкалу компаса) так, чтобы ее продольная ось была перпендикулярна магнитному меридиану, и установить ее в горизонтальное положение.

3.2. Зафиксировать координату у1 следа электронного пучка (след не будет находиться на оси y, так как сейчас кроме Вг “работает” и Вв).

3.3. Повернуть ЭЛТ (точнее всю установку вокруг вертикальной оси) на 1800 и опять зафиксировать координату у2 следа электронов.

3.4. Пункты 3.1, 3.2, 3.3 повторить еще 2 раза и вычислить среднее значение 2d. Все результаты поместить в табл. 7.1.

Таблица 7.1




п/п

х1

х2

2d

у1

у2

2d

Другие

данные

1

2

3



















L = 25 см

U = 1500 В

m/e =










<2d>







<2d>






3.5. По формуле (7.6) вычислить среднее значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Вг.

4. По известным Вв и Вг вычислить полную индукцию Вз магнитного поля Земли и магнитное наклонение . Полученные данные сравнить с табличными, найти расхождение в %. Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Магнитное поле и его характеристики.

2. Магнитное поле Земли.

3. Магнитное наклонение и магнитное склонение.

4. Определение магнитного поля Земли. Устройство ЭЛТ.

  1. Теория метода определения Вв, Вг,, Вз.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И ВЗАИМОИНДУКЦИИ
Цель работы: экспериментальная проверка закона Фарадея и некоторых следствий, вытекающих из него.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка, состоящая из соленоида и четырех катушек, милливольтметра, амперметра, осцил-лографа и блока питания.

Сведения из теории
Явление электромагнитной индукции. В 1831 году английский физик М. Фарадей открыл явление, заключающееся в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадку, ограниченную замкнутым проводящим контуром, в нем возникает электрический ток. Это явление называется явлением электромагнитной индукции, а возникающий ток - индукционным током. Этот факт свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила i . Опыт показал, что i (ЭДС индукции) зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего данный контур, т. е.

. (8.1)
Магнитный поток, пронизывающий контур, определяется выражением
Ф = В S сos , (8.2)
где - вектор индукции магнитного поля; S - площадь контура; - угол между вектором и положительной нормалью к площадке.

Индукция и напряженность магнитного поля связаны соотношением
,
где - магнитная проницаемость; 0 - магнитная постоянная.

Если контур содержит N витков, то i определяется выражением
. (8.3)
Величина называется потокосцеплением, или полным магнитным потоком,

= N Ф. (8.4)
Соленоид. Соленоидом называется контур, состоящий из N витков одинакового радиуса, расположенных вплотную друг к другу. В теории рассматривается бесконечный соленоид, состоящий из бесконечного числа витков.

Известно, что индукция магнитного поля в любой точке внутри бесконечного соленоида

В = 0 n I, (8.5)
где I - ток, текущий по соленоиду; n - число витков на единицу длины соленоида. Если соленоид конечной длины, то индукция в любой точке любого сечения

, (8.6)





где 1 и 2 - углы между осью соленоида и радиусами - векторами, проведенными из любой точки на оси соленоида к его концам (рис.8.1).
Взаимоиндукция. Частным случаем явления электромагнитной индукции является явление взаимоиндукции, которое имеет место тогда, когда два контура расположены достаточно близко друг к другу (рис.8.2). При протекании переменного тока I1 по первому контуру во втором контуре возникает ЭДС индукции, которая определяется по формуле
, (8.7)



здесь Ф21 - магнитный поток, пронизывающий второй контур (создается током I1); L21 - коэффициент взаимоиндукции второго контура с первым. Если создать переменный ток I2 во втором контуре, то в первом контуре наведется ЭДС индукции:
, (8.8)
где Ф12 - магнитный поток, прони­зы­ва­ю­щий первый контур (Ф12 создается то­ком I2); L12 - коэффициент вза­имо­ин­дукции первого контура со вторым.

Теоретически доказано, что L21 = L12 . Если это так, то при поочередном протекании одинаковых переменных токов в двух связанных контурах, ЭДС индукции, возникающие в них, должны быть равны, т. е. i2 = i1.
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