- •Уральский государственный экономический университет
- •Учебное пособие для самостоятельной работы по физике
- •2009 Г.
- •Введение
- •Элементы электрической цепи
- •Краткая теория
- •Общие указания к сборке электрических схем
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Измерение удельного сопротивления металлического проводника
- •Основные законы постоянного тока
- •Описание используемого метода измерения удельного сопротивления
- •Механическая конструкция прибора
- •Ход выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Описание установки
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Изучение работы полупроводникового диода
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Изучение релаксационных колебаний в схеме с газоразрядной лампой
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Исследование свойств фотосопротивления
- •Основы теории фотоэффекта
- •Iн1 и Iн2 – токи насыщения; Uз – запирающий потенциал
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Оглавление
Порядок выполнения работы
Включить установку на прогрев; время прогрева не менее 2 мин.
2. Ознакомиться с приборами, заполнить табл. 3.1, записать данные о параметрах магнетрона (см. приложение).
Таблица 3.1 Средства измерений
| |||
Наименование прибора |
Предел измерений |
Цена деления шкалы |
Абсолютная погрешность |
Миллиамперметр |
|
|
|
Микроамперметр |
|
|
|
3. Провести пробное испытание: постепенно увеличивая ток в соленоиде (с помощью регулятора П1), следить по микроамперметру за изменением анодного тока. Вблизи критического тока в соленоиде анодный ток должен быстро уменьшаться с ростом тока в соленоиде. Приближенно оценить интервал значений тока в соленоиде, в пределах которого анодный ток изменяется наиболее быстро.
4. Снять зависимость силы анодного тока от силы тока в соленоиде в найденном интервале. Ток в соленоиде изменять через 10 мА. Результаты измерений занести в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Экспериментальные результаты
Ic, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ia, мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. По экспериментальным данным в масштабе тетрадной страницы построить график Ia = f(Ic) на миллиметровой бумаге.
Обработка результатов измерений
После заполнения таблиц и построения графика осуществляют обработку результатов измерений в следующем порядке.
1. Определение Ic.кр по полученным данным производят численным дифференцированием зависимости Ia = f(Ic). Дифференцирование осуществляют так: по парам ближайших экспериментальных точек таблицы 3.2 находят приращение анодного тока ׀Ia׀, приращение тока соленоида ׀Ic ׀ и их отношение ׀Ia /c ׀. Эти результаты заносят в табл.3.3.
Таблица 3.3
Результаты численного дифференцирования
׀Ia׀, мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
׀Ic ׀ , мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
׀Ia /c ׀, мкА/мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<Ic> = (Ic1+Ic2)/2, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По полученным данным строят график зависимости ׀Ia /c ׀ = f(<Ic>). Точку на оси абсцисс, соответствующую максимуму этой зависимости, принимают за Ic.кр. Абсолютная погрешность Ic.кр = 5 мА.
2. Расчет удельного заряда электрона производится по формуле (3.9).
3. Оценка погрешности результата осуществляется по формуле
Контрольные вопросы
1. В каком случае траектория электрона, движущегося в однородном магнитном поле, представляет собой окружность?
2. При каких условиях траектория электрона, движущегося в скрещенных электрическом и магнитном полях, будет прямолинейной?
3. Что такое сбросовая характеристика магнетрона? Каков ее реальный и идеальный виды?
Литература
Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Изд. центр «Академия», 2007. § 114 – 115.
Приложение
Контрольные данные:
Напряжение на аноде Ua = (9,00±0,02) B.
Радиус анода Ra = (5,00±0,02) мм.
Диаметр соленоида D = (38,0±0,2) мм.
Длина соленоида L = (26,00±0,08) мм.
Число витков N = 1450.
РАБОТА № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ЭФФЕКТА
Цель работы: исследование влияния разности температур на величину термоэлектродвижущей силы.
Приборы и принадлежности: хромель – алюмелевая термопара, ртутный термометр.
Краткая теория
Если привести два разных металла в соприкосновение, между ними возникнет разность потенциалов, которая называется контактной. Контактная разность потенциалов вызывается тем, что при соприкосновение металлов часть электронов переходит из одного металла в другой. Граница металла является потенциальным барьером, ограничивающим выход электрона во внешнее пространство. Чтобы вырвать свободный электрон из металла, надо совершить определенную работу. Эта величина называется работой выхода и зависит от природы металла. Из-за различия в величине работы выхода и диффузный поток электронов через границу металлов не будет уравновешенным, и металл с меньшей работой выхода зарядится положительно. Подобным образом и различие концентрации свободных электронов в контактирующих металлах приведет к появлению скачка потенциала в месте контакта.
С точки зрения современных представлений, основанных на зонной теории, появление контактной разности потенциалов связано с различной глубиной потенциальных ям (Ер), в которых находятся электроны у поверхности металлов, и различием уровней Ферми (рис. 4.1,а).
а б
Рис. 4.1. Зонная структура приповерхностных областей металла:
а – металлы не соприкасаются друг с другом;
б – контакт двух металлов.
Условием равновесия между контактирующими металлами является равенство энергий, соответствующих уровням Ферми. Это приводит к изменению положения потенциальных ям (рис. 4.1,б) и образованию контактной разности потенциалов, величина которой определяется первым законом Вольты:
, (4.1)
где A – работа выхода; е – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; Т – температура; n – концентрация свободных электронов в металле.
Если из двух разнородных металлов составить замкнутую цепь (рис. 4.2) и контакты поддерживать при разной температуре ТA и ТB , то в цепи пойдет ток.
Рис. 4.2. Контакты металлов при различных температурах в замкнутой цепи.
Причиной появления тока является возникновение термоэлектродвижущей силы. Контактная разность потенциалов, возникающая в спае с большей температурой, окажется больше, чем в холодном. В результате между спаями возникает разность потенциалов, называемая термоэлектродвижущей силой (т.э.д.с.). Величина термоэ.д.с. зависит только от разности температур и свойств металлов. Во многих случаях оказывается, что т.э.д.с. пропорциональна разности температур спаев:
. (4.2)
Величина называется удельной т.э.д.с. или дифференциальной т.э.д.с. Для металлов величина порядка десятков мкВ К–1 и, как правило, слабо зависит от температуры. У полупроводников она на один-два порядка больше и сильно зависит от температуры.
Удельная т.э.д.с. зависит от концентрации свободных электронов в контактирующих материалах. При введении в один из них или в оба примесей, изменяющих эту концентрацию, но практически не влияющих на кристаллическую структуру, изменяется .
Вместе с тем удельная т.э.д.с. является структурно чувствительным параметром, существенно меняющимся при структурных превращениях.
Т.э.д.с. широко используется для измерения температур, контроля состава сплавов, структурных изменений и т.д. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары: цепи разнородных проводников, имеющих два контакта-спая. Зная температуру одного спая, можно, замерив величину , определить температуру среды, в которой находится другой спай. Этим пользуются для измерения очень высоких и очень низких температур, а также в случаях, когда нельзя воспользоваться термометром. Для измерения температуры с помощью термопары, ее надо предварительно проградуировать, т.е. определить удельную т.э.д.с. в данном интервале температур. Каждой термопарой можно измерять температуру в определенных пределах, в которых дифференциальная т.э.д.с. данной термопары практически не зависит от температуры. Подобрав соответствующую термопару, можно производить измерения с точностью до сотых долей градуса как при низких, так и при высоких температурах. Если же приходится использовать термопару, для которой удельная т.э.д.с. зависит от температуры ( = f(T)), используются градуировочные таблицы или графики = f(T). Для измерения низких температур используется пара хромель-алюмель (ХА). Эта термопара градуируется в данной работе.