behovyh_electromagnetism
.pdfКонтрольные вопросы
Вопросы на «удовлетворительно»
1.Магнитным полем называется…
2.Магнитное поле порождается…
3.Магнитное поле обнаруживается по действию на…
4.Вокруг покоящихся зарядов магнитное поле…
5.Дайте определение индукции магнитного поля.
6.Как определить направление вектора индукции магнитного
поля?
7.За направление вектора магнитной индукции магнитного поля принимается направление…
8.Что называют линиями индукции магнитного поля?
9.Как направлены линии индукции магнитного поля?
10.Сформулируйте принцип суперпозиции магнитных полей.
11.Как Ампер объяснил существование постоянных магнитов?
12.Что является причиной существования магнитного поля Земли?
13.Поясните принцип работы компаса.
14.Что называют солнечным ветром?
15.Поясните процесс образования магнитных бурь.
16.Уголмеждумагнитнойосьюстрелкиигоризонтомназывается…
17.Вертикальная составляющая магнитного поля Земли направлена …
18.Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли направлена…
19.Свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле Земли устанавливается…
20.Угол между плоскостями магнитного и географического меридианов называется…
21.Уголмеждумагнитнойосьюстрелкиигоризонтомназывается…
22.Аномалии магнитного поля Земли следует приписать присутствию в земной коре…
23.В каком полушарии Земли расположен северный магнитный
полюс?
24.В каком полушарии Земли расположен южный магнитный
полюс?
61
Вопросы на «хорошо»
1.Назовите составляющие земного магнетизма и охарактеризуй-
те их.
2.Дайте определения плоскости магнитного меридиана Земли, магнитного наклонения и магнитного склонения.
3.Сформулируйте идею метода измерения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.
4.Почему полярные сияния в основном наблюдаются за полярным кругом?
Вопросы на «отлично»
1.Предложите метод для измерения вертикальной составляющей магнитного поля Земли.
2.Поясните, как магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра?
62
Лабораторная работа № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ
Цель работы – установить зависимость индуктивности катушки от числа витков и магнитных свойств среды.
Основные теоретические сведения
Под электрическим током понимают упорядоченный перенос или направленное движение _____________________________. Элек-
трический ток, сила и направление которого с течением времени не изменяются, называется ______________.
В отличие от __________________, _______________ электриче-
ский ток изменяется со временем по величине и направлению. Широкое распространение в электрических сетях получил переменный ток,
изменяющийся по гармоническому закону: |
|
i = Im cos(ω t). |
(1) |
Такой ток представляет собой вынужденные колебания в электрической цепи, происходящие с частотой ω, которая совпадает с час-
тотой, вынуждающей __________________________________.
Протекание переменного электрического тока по катушке вызы-
вает в ней электродвижущей силы самоиндукции – ЭДС электро-
магнитной индукции, возникающей вследствие _______________ тока в электрической цепи. Явление возникновения такой ЭДС называется
самоиндукцией.
Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции прямо пропорциональна
____________________________ магнитного потока в замкнутом контуре:
c= − |
dФ |
. |
(2) |
||
dt |
|||||
|
|
|
|
||
Если замкнутый контур имеет несколько витков, то этот закон |
|
||||
можно записать в виде: |
|
|
|
||
c= − |
dΨ |
|
, |
(3) |
|
dt |
|
||||
|
|
|
|
||
где Ψ = N Ф – потокосцепление – полный магнитный поток замкнутого контура, состоящего из N витков, обусловленный магнитным полем тока в самом контуре.
63
Знак «–» введен в соответствии с правилом Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, охватывающую замкнутый проводящий контур, в нем возникает индукционный ток такого направления, что создаваемое им магнитное поле
___________________ изменению магнитного потока.
Цилиндрическая катушка с током, состоящая из большого числа витков проволоки называется _______________, для него магнитный поток пропорционален величине тока:
Ф = L I, |
(4) |
где L = ΨI – индуктивность контура – _________________ величина,
определяемая потокосцеплением самоиндукции контура при протекании в нем электрического тока.
Учитывая, что потокосцепление соленоида Ψ = N Ф = N B S ,
а индукция магнитного поля в нем B = µ µ0 Nl I , получим:
L = µ µ |
|
|
N2 S |
, |
(5) |
|
0 |
l |
|||||
|
|
|
|
где N – количество витков соленоида;
S – площадь поперечного сечения соленоида;
µ – относительная магнитная проницаемость среды внутри соленоида;
l – длина соленоида.
Из формулы (5) видно, что индуктивность соленоида __________
с увеличением числа витков, площади, магнитной проницаемости вещества, из которого изготовлен сердечник, помещенный внутрь, а увеличение длины соленоида приводит к _________________ индуктивности.
Единицей измерения магнитного потока и потокосцепления в СИ является __________.
Единицей измерения индуктивности в СИ является _________:
1 Гн = |
1 Вб |
– это индуктивность такого контура, в котором при силе |
||||||
1 А |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
тока в 1 ________ возникает потокосцепление в 1 ________. |
|
|||||||
Подставляя в (3) Ψ = L I , получим: |
|
|
|
|||||
|
|
c=− |
d(L I) |
= −L |
dI |
. |
(6) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
dt |
dt |
|
|||
64
Согласно правилу Ленца, c (ЭДС-самоиндукции) противодействует изменению ______________________ в контуре, а индуктивность является мерой инертности контура по отношению к изменению
___________________.
№ |
Критерий оценки, % |
Оценка |
|
п/п |
|||
|
|
||
1 |
От 91 до 100 |
Отлично |
|
2 |
От 81 до 91 |
Хорошо |
|
3 |
От 71 до 81 |
Удовлетворительно |
|
4 |
От 0 до 71 |
Неудовлетворительно |
Блок содержит 18 подготовленных пропусков
Контрольные вопросы
Вопросы на «удовлетворительно»
1.Электрическим током называется...
2.Постоянным электрическим током называется...
3.Сила тока – это…
4.Переменным током называется...
5.Уравнение переменного тока, изменяющегося по гармоническому закону, имеет вид…
6.Самоиндукцией называется...
7.Электромагнитной индукцией называется...
8.Электродвижущей силой электромагнитной индукции (ЭДС индукции) называется...
9.Электродвижущей силой самоиндукции (ЭДС самоиндукции) называется...
10.Единицей измерения электродвижущей силы электромагнитной индукции (ЭДС индукции) в СИ является...
11.Единицей измерения электродвижущей силы самоиндукции (ЭДС самоиндукции) в СИ является...
12.Индукцией магнитного поля (магнитной индукцией) называ-
ется...
13.Единицей измерения индукции магнитного поля (магнитной индукции) в СИ является...
14.Закон Фарадея для электромагнитной индукции имеет следующую формулировку: …
65
15.Формула, отражающая закон Фарадея для электромагнитной индукции, имеет вид…
16.Магнитным потоком (потоком вектора магнитной индукции) называется...
17.Единицей измерения магнитного потока (потока вектора магнитной индукции) в СИ является...
18.Определяющая формула для магнитного потока (потока вектора магнитной индукции) имеет вид…
19.В соответствии с правилом Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, охватывающую замкнутый проводящий контур, в нем возникает индукционный ток такого направления, …
20.Соленоидом называется...
21.Индуктивностью контура называется...
22.Единицей измерения индуктивности в СИ является...
23.Индуктивность катушки зависит от...
24.Если увеличить индуктивность в несколько раз при неизменной силе тока в контуре, то магнитный поток...
25.Если увеличить силу тока, протекающего в контуре при неизменной индуктивности, в несколько раз, то магнитный поток...
26.Если увеличить магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, то индуктивность этого контура...
27.Если увеличить силу тока, протекающего через проводящий контур, то индуктивность этого контура...
28.Формуладляопределенияиндуктивностисоленоидаимеетвид…
29.Формула для определения индуктивности цилиндрической катушки, состоящей из большого числа витков, имеет вид…
30.Формула, отражающая закон Фарадея для самоиндукции, имеет вид…
31.Активным сопротивлением называется...
32.Электрическим сопротивлением называется...
33.Единицей измерения активного сопротивления в СИ является...
34.Реактивным индуктивным сопротивлением называется...
35.Единицей измерения реактивного индуктивного сопротивления в СИ является...
36.Полное электрическое сопротивление катушки индуктивности можно определить по формуле...
37.Индуктивное сопротивление можно определить, используя выражение...
66
Вопросы на «хорошо»
1.В чем заключается явление самоиндукции? Назовите причину возникновения этого явления.
2.Что называют реактивным (индуктивным) сопротивлением катушки? Назовите причину его возникновения.
3.Зависит ли индуктивность соленоида от силы протекающего в нем тока?
4.Поясните сущность метода измерения индуктивности катушки
вданной работе.
5.Каков физический смысл относительной магнитной проницае-
мости?
6.Почему для косвенно определяемой величины – индуктивности – можно применять метод среднего значения для расчета погрешностей?
Вопросы на «отлично»
1.Разработайте метод определения относительной магнитной проницаемости среды на основе работы по определению индуктивности катушки.
2.Разработайте метод определения магнитной постоянной на основе работы по определению индуктивности катушки.
67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Электрорадиоизмерения. Практикум: учеб. пособие для студ. сред. проф. образования / В.Ю. Шишмарев. М.: Академия, 2006. 240 с.
2.Физика: методические указания к выполнению лабораторных работ. Ч. I. СПб.: СЗПИ, 2000. 54 с.
3.Электричество и магнетизм: лаб. практикум / под ред. Б.Ф. Шифрина. СПб.: СПбГУАП, 2001. 73 с.
4.Методическая разработка «Оценка погрешностей при физических измерениях» / В.Ю. Волощенко, В.Г. Сапогин. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. 31 с.
5.Физика: методические указания к выполнению лабораторных работ. Ч. II. «Электричество и магнетизм». СПб.: СЗТУ, 2004. 98 с.
6.Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. Изд. 9-е, перераб. и доп. М.: Академия, 2004. 560 с.
7.Курс физики: учеб. пособие для студ. вузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. 4-е изд., испр. М.: Академия, 2003. 720 с.
8.Лабораторный практикум по электромагнетизму: учебное пособие / Ю.В. Беховых, А.А. Лёвин, С.В. Макарычев, Е.Г. Сизов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 107 с.
68
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные физические постоянные (значения округленные)
Физическая величина |
Обозначение |
Числовые значения |
Ускорение свободного падения |
g |
9,81 м/c2 |
Гравитационная постоянная |
G |
6,67 · 10-11 м3/(кг·с2) |
Постоянная Авогадро |
NA |
6,02 · 1023 моль-1 |
Молярная газовая постоянная |
R |
8,31 Дж/(К·моль) |
Постоянная Больцмана |
k |
1,38 · 10-23 Дж/К |
Заряд электрона, протона |
e |
1,6 · 10-19 Кл |
Масса электрона |
me |
9,11 · 10-31 кг |
Масса протона |
mp |
1,67 · 10-27 кг |
Постоянная Фарадея |
F |
9,65 · 104 Кл/(кг·моль) |
Скорость света в вакууме |
c |
3 · 108 м/с |
Постоянная Стефана-Больцмана |
σ |
5,67 · 10-8 Вт/(м2·К4) |
Постоянная Вина |
b |
2,9 · 10-3 м·К |
Постоянная Планка |
h |
6,63 · 10-34 Дж·с |
Молярный объем газа |
Vm |
22,4 · 10-3 м3 |
при нормальных условиях |
|
|
Электрическая постоянная |
ε0 |
8,85 · 10-12 Ф/м |
Магнитная постоянная |
µ0 |
12,56 · 10-7 Гн/м |
Удельное электрическое сопротивление веществ (мкОм·м)
Алюминий |
0,028 |
Медь |
0,017 |
Вольфрам |
0,055 |
Никелин |
0,39-0,45 |
Графит природный |
3,5-63 |
Нихром |
1,1 |
Железо |
0,098 |
Олово |
0,12 |
Золото |
0,024 |
Свинец |
0,205 |
Константан |
0,48-0,52 |
Серебро |
0,016 |
Относительная диэлектрическая проницаемость веществ (ε)
Бензин |
2 |
Полиэтилен |
2,2-2,4 |
Вода |
81 |
Слюда |
7 |
Воздух |
1,0006 |
Стекло обыкновенное |
6-10 |
Керосин |
2,1 |
кварцевое |
3,2-3,5 |
Масло трансформаторное |
2,1-2,4 |
Текстолит |
6,0-8,0 |
Бумага обычная |
2,0-2,5 |
Фарфор |
4,4-6,8 |
конденсаторная |
3,4-3,7 |
Шифер |
6,0-10,0 |
Древесина |
2,2-3,7 |
Эбонит |
3 |
Органическое стекло |
3,5-3,9 |
Электрокартон |
2,5-4,0 |
Парафин |
1,9-2,2 |
Янтарь |
2,7-2,9 |
69
Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления металлов и сплавов (оС-1)
Алюминий |
0,0042 |
Нихром |
0,0001 |
Вольфрам |
0,0048 |
Олово |
0,0044 |
Железо |
0,0060 |
Свинец |
0,0037 |
Золото |
0,0040 |
Серебро |
0,0040 |
Медь |
0,0043 |
Сплав Вуда |
0,0037 |
Никелин |
0,0001 |
Сталь |
0,0060 |
Работа выхода электронов (эВ)
Алюминий |
4,25 |
Медь |
4,40 |
Вольфрам |
4,54 |
Никель |
4,50 |
Германий |
4,76 |
Олово |
4,38 |
Железо |
4,31 |
Платина |
5,32 |
Индий |
3,80 |
Свинец |
4,00 |
Кремний |
4,80 |
Серебро |
4,30 |
Максимальная магнитная проницаемость (µ) некоторых ферромагнитных материалов
Кобальт |
175 |
Сталь вольфрамовая |
600 |
Никель |
1120 |
Сталь трансформаторная |
8000 |
Сплав железоникелевый |
25000 |
Железо |
7000 |
Основные и дополнительные единицы международной системы единиц
Наименование |
Наименование |
Обозначение |
величины |
единицы |
единицы |
Основные единицы |
|
|
Длина |
метр |
м |
Масса |
килограмм |
кг |
Время |
секунда |
с |
Сила электрического тока |
ампер |
А |
Термодинамическая температура |
кельвин |
К |
Сила света |
кандела |
кд |
Количество вещества |
моль |
моль |
Дополнительные единицы |
|
|
Плоский угол |
радиан |
рад |
Телесный угол |
стерадиан |
ср |
70