- •Содержание
- •Лабораторная работа №1 Изучение электронного осциллографа
- •Устройство и принцип действия осциллографа
- •Порядок выполнения работы
- •Подготовить осциллограф и генератор к измерениям.
- •Лабораторная работа №2 Моделирование электрических полей
- •Сведения из теории
- •Устройство и принцип работы установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №3 Измерение диэлектрической проницаемости
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •1. Емкость конденсатора.
- •Порядок работы
- •Результаты эксперимента
- •2. Диэлектрическая проницаемость.
- •Порядок работы
- •Лабораторная работа № 4 Изучение петли гистерезиса сегнетоэлектрика
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №5 Исследование кривых гистерезиса ферромагнетиков с помощью осциллографа
- •Сведения из теории
- •Описание метода и экспериментальной установки.
- •Параметры петли гистерезиса.
- •Лабораторная работа № 6 Скин – эффект в переменном магнитном поле
- •Сведения из теории
- •Описание метода и экспериментальной установки Генераторный метод
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №7 Вихревое электрическое поле
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8 Магнитные поля земли и постоянного магнита
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Магнитное поле Земли.
- •Магнитное поле постоянного магнита.
- •Расчет параметров магнита.
- •Лабораторная работа №9 Определение работы выхода электронов
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода
- •Порядок выполнения работы
- •I. Измерение сопротивления катода
- •II. Определение работы выхода
- •Измерение температуры катода
- •Лабораторная работа № 10 Магнитное поле токовых систем
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •II. Упражнение № 2. Магнитное поле соленоида.
- •III. Упражнение №3. Катушки Гельмгольца.
- •Лабораторная работа № 11 Измерение магнитной проницаемости
- •Краткие теоретические сведения
- •Индукционный метод
- •Индукционный дифференциальный метод
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение работы гальванометра в режиме амперметра и вольтметра
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
Описание метода и экспериментальной установки Генераторный метод
Частота колебаний - одна из наиболее просто и точно измеряемых величин в физике и технике. Поэтому удобно сводить измерение различных физических величин к измерению частоты колебаний.
Построим генератор электрических колебаний согласно рис.6.2: L – соленоид, С1 и С2 - конденсаторы одинаковой емкости (находятся в магазине емкостей), DA1 операционный усилитель из платы модуля «Поле в веществе», R1 и R2 - резисторы, расположенные на той же плате. При подаче питания на микросхему на выводах соленоида появляется гармонический сигнал, а на выходе усилителя (точка А на рис.6.1) - сигнал, близкий к прямоугольному. Убедившись в наличии этих сигналов с помощью осциллографа, будем измерять частоту сигнала на выходе усилителя.
Измерение с помощью ГСФ-2: тумблер таймера «ГЕН/ВНЕШ» поставить в положение "ВНЕШ" и подать сигнал на гнезда "ВХ1" и "ОБЩ".
Частота колебаний:
; (6.2)
Если в соленоид вставить исследуемый образец, то индуктивность колебательного контура изменится. По соответствующему изменению частоты определяется магнитная проницаемость образца.
Индуктивность длинного соленоида без магнетика:
где - линейная плотность числа витков, V - объем, занятый магнитным полем соленоида при условии, что это поле можно считать однородным, а объемом обмотки можно пренебречь. Длина соленоида lS =160 мм, число витков N = 1689, объем V = 30 см3 определяется по измерению индуктивности соленоида.
Если в соленоиде поместить образец с магнитной проницаемостью в форме длинного стержня объемом V1 , индуктивность станет равной
Измерив частоту колебаний без магнетика и частоту 1 с магнетиком, найдём магнитную проницаемость:
(6.3)
Примечание: стержень считается длинным, если отношение его длины к диаметру больше . Если это соотношение не выполняется, то можно лишь утверждать, что магнитная проницаемость образца больше полученного в опыте значения. Вытеснение переменного магнитного поля из проводника за счет скин-эффекта приводит к ослаблению поля внутри проводника, т.е. проводник (неферромагнитный) по отношению к переменному магнитному полю ведет себя также как диамагнетик по отношению к постоянному магнитному полю. Это означает, что наблюдаемая магнитная проницаемость проводника, определяемая по формуле (6.3) должна быть меньше единицы. У ферромагнитных материалов (сталь, например) эффективная магнитная проницаемость в высокочастотном поле оказывается существенно меньше, чем в постоянном поле.
Частоты колебаний генератора (рис.6.1 и формула (6.2)), без стержня и со стержнем соответственно равны:
; .
В опыте V1 << V, при этом
Отсюда находим объём вытесненного поля:
Сравнивая этот объем с объемом V1 помещенного в поле участка проводника (часть длиной l = 120 мм стержня диаметром d = 8,0 мм), делаем вывод о проявлении скин-эффекта. Одновременно сравниваем глубину скин-слоя с диаметром стержня (удельное сопротивление алюминия равно 28, латуни - 63, стали - 110 нОмм).
Обратите внимание, что стальной сердечник не увеличивает, а уменьшает частоту колебаний: влияние высокой магнитной проницаемости на частоту колебаний оказывается сильнее влияния скин-эффекта.