28

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

КАФЕДРА ФІЗИКИ

073-98

Методичні вказівки

до лабораторних робіт із загального курсу фізики

для студентів інженерно–технічних

спеціальностей НУВГП

Розділ

«Електромагнетизм»

Рекомендовано методичною комісією факультету земле-устрою та геоінформатики.

Протокол № 8 від 16.05.2005р.

РІВНЕ 2005

Методичні вказівки до лабораторних робіт із загального курсу фізики для студентів інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Розділ ”Електромагнетизм”/ Ковалець М О., Никонюк Є.С., Орленко В.Ф, Кочергіна О.Д., Рівне: НУВГП, 2005 - 28 с.

Упорядники: Ковалець М О., кандидат фіз.-мат. наук, доцент,

Никонюк Є.С., кандидат фіз.-мат. наук, доцент,

Орленко В.Ф., кандидат фіз.-мат. наук, доцент,

Кочергіна О.Д., асистент.

Відповідальний за випуск: Орленко В.Ф., кандидат фіз.-мат. наук, доцент, зав. кафедри фізики.

© Ковалець М О., Никонюк Є.С,

Орленко В.Ф, Кочергіна О.Д., 2005

© НУВГП, 2005

ЗМІСТ

1. Лабораторна робота № 8. Вивчення гальванометра магнітоелектричної системи 4

1. Лабораторна робота № 9. Перевірка закону Ампера 9

2. Лабораторна робота № 10. Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона 15

3. Лабораторна робота №11. Вивчення магнітного поля соленоїда за допомогою датчика Холла 19

4. Лабораторна робота №12. Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі 24

Лабораторна робота № 8 Вивчення гальванометра магнітоелектричної системи

Мета роботи: визначити внутрішній опір гальванометра, ціну поділки по струму і по напрузі.

Лабораторне обладнання: гальванометр магнітоелектричної системи, вольтметр, джерело постійної напруги, ключ, перемикач, три магазини опорів, з’єднувальні провідники.

Загальні теоретичні відомості

Гальванометр магнітоелектричної системи служить для вимірювання малих постійних струмів і напруг . В основі роботи гальванометра лежить дія магнітного поля на рамку з електричним струмом.

Контур зі струмом характеризується магнітним моментом

Рис.1.

, (1)

де – сила струму, – площа контура, – одиничний вектор нормалі до площини контура, зв’язаний з напрямком струму правилом правого гвинта (рис.1). Якщо контур зі струмом вмістити в магнітне поле, то на нього діятиме обертовий момент сили або в скалярній формі

, (2)

Рис.2

де – вектор магнітної індукції, – кут між і (рис.2). В стані рівноваги магнітний момент рамки напрямлений паралельно до ліній магнітної індукції (площина рамки перпендикулярна до ). Чим більший кут між і , тим більший за величиною момент сили повертає рамку в положення стійкої рівноваги. Цей обертовий момент, згідно з (1) і (2), пропорційний силі струму в рамці. Цим користуються при конструюванні вимірювальних приладів магнітоелектричної системи. Схема такого приладу подана на рис.3. В магнітному полі постійного магніту NS, між нерухомим циліндром Б, виготовленим з м’якого заліза і полюсами N’S’ знаходиться прямокутна котушка (рамка) В. Вона укріплена на двох півосях, на одній з яких закріплена вказівна стрілка приладу. За кінцем стрілки розміщена шкала. Струм до рухомої котушки підводиться через дві спіральні пружини. У відсутності струму ці пружини утримують рамку в рівноважному положенні, коли її площина паралельна до . При проходженні через котушку вимірюваного струму на неї діє з боку магнітного поля обертовий момент сили, пропорційний силі струму. Під дією цього момента котушка повернеться на кут , при якому обертовий момент зрівноважиться протидіючим моментом, створеним пружинами. Оскільки момент пружних сил пропорційний куту закручування пружини, то із рівності обертового і протидіючого моментів випливає, що величина кута повороту пропорційна силі струму. Відповідно і відхилення вказівної стрілки приладу пропорціональне силі струму

Рис.3

, (3)

де – коефіцієнт пропорційності, який називається ціною поділки приладу по струму, – кількість поділок, на яку відхилилась стрілка при вимірюванні. З (3) знайдемо , тобто ціна поділки гальванометра по струму дорівнює силі струму, який викликає зміщення стрілки приладу на одну поділку.

Згідно з законом Ома, спад напруги на гальванометрі

, (4)

де – внутрішній опір гальванометра. З формули (3) і (4) одержимо

, (5)

де – (6)

ціна поділки гальванометра по напрузі. Для визначення , та використаємо схему, подану на рис.4. Тут – досліджуваний гальванометр, – вольтметр, ; – магазини опорів.

Згідно закону Ома, струм на ділянці АС

, (7)

Рис.4

де – напруга на клемах джерела, – опір ділянки кола, який рівний

. (8)

Підставляючи вираз (8) у формулу (7), одержимо

(9)

звідки

.

Очевидно, що

. (10)

В загальному випадку зі зміною змінюється і струм .

Спад напруги на ділянці АВ дорівнює

, (11)

де – струм, що проходить через гальванометр, – струм, що проходить через опір .

За законом Кірхгофа

. (12)

Розв’язуючи систему рівнянь (9), (11) і (12) відносно , одержимо

. (13)

Нехай . Тоді струм, згідно з (13)

, (14)

де

(15)

Із формули (13)

, (16)

а із виразу (14)

. (17)

Прирівнюючи праві частини виразів (16) і (17), маємо

. (18)

Підставляючи значення і із (10) та (15) в (18) і розв’язуючи одержане рівняння відносно маємо

. (19)

Ціну поділки по струму визначаємо із рівняння (14)

. (20)