Порядок виконання роботи:

1. Вивчіть принципову схему установки (рис. 3). Схему живлення трубки,

R₂

30В

R₁

~220B

в

1000B

~220B

Рис. 3

ольтметр на 1000 В і потенціометр плавного регулювання змонтовано в окремому корпусі.

2. Під’єднайте живлення до соленоїда згідно зі схемою.

3. Після перевірки схеми викладачем ввімкніть в мережу змінного струму обидва випрямляча і встановіть потенціометром R₁ напругу 1000 В між катодом і анодом трубки. Дайте трубці прогрітися на протязі 2-3 хвилин.

4. Повільно збільшуючи силу струму в соленоїді, добивайтеся першого фокусування електронного пучка на екрані трубки, запишіть відповідне значення струму.

5. Визначте силу струму , що відповідає другому і третьому фокусуванню.

6. За формулою (8) розрахуйте величину питомого заряду електрона за результатами трьох вимірів та оцініть похибки вимірювань.

Результати вимірювань і розрахунків занесіть до таблиці:

k	n	L	U	I	e / m	Δ(e / m)2
1 2 3
Середні значення

Дайте відповіді на запитання:

1.Маса частинки залежить від швидкості її руху у відповідності зі спеціальною теорією відносності за формулою m = m₀/ . Чи принципово можна за допомогою методу даної роботи дослідити цю залежність?

2. Чим принципово відрізняються дії магнітного та електричного полів на рухому заряджену частинку?

3. Знайдіть відношення e/m за табличними даними і поясніть його відміну від знайденого у Ваших дослідах.

Лабораторна робота № 35.

Визначення ємності конденсатора за допомогою змінного струму.

Прилади та приладдя: досліджувані конденсатори, еталонний конденсатор, реостат на 3500 Ом, міліамперметр на 500 – 1000 мА, вольтметр на 300 В, вимикач, перемикач.

Мета роботи: засвоїти один із методів вимірювання ємності за допомогою змінного струму.

Коротка теорія і методика вимірювань

Змінну напругу синусоїдальної форми можна подати у вигляді

U = U₀ cos (ωt), (1)

де U₀ - амплітуда напруги; ω = 2πν - циклічна частота; ν - частота змінної напруги. Якщо напругу (1) подати в коло, що складається із послідовно ввімнених опору R, ємності С та індуктивності L, то в колі виникне змінний струм

I = I₀ cos ( ωt + φ ) (2)

Амплітуда струму I₀, що залежить від паpаметрів електричного кола і частоти ν, виражається співвідношенням

I₀ = U₀ /Z, (3)

яке подібне закону Ома для постійного струму I=U/R, якщо вважати, що величина Z - імпеданс кола - відіграє роль опору кола змінного струму. Відповідні міркування призводять до такого співвідношення для імпедансу:

Z = . (4)

Імпеданс узвичаємо розглядати як векторну силу двох опорів - активного R і реактивного X:

X = ωL – 1 / ωC (5)

При проходженні струму по активному опорові електрична енергія перетворюється в енергію теплового руху згідно з законом Джоуля-Ленца:

dQ = I² R dt. (6)

На реактивному опорі теплові ефекти не виникають, але відбувається перетворення електричної енергії джерела струму в енергію електричного поля конденсатора і енергію магнітного поля індуктивності. Наявність реактивного опору в колі змінного струму призводить до зсуву φ фази струму відносно фази напруги ωt. Величини, що визначають реактивні опори

R_L = ωl; R_C =1 / ωC (7)

мають розмірність опору і тому називаються відповідно індуктивним і ємнісним опорами кола.

В даній роботі визначається ємність конденсатора при застосуванні змінної напруги мережі міської напруги з частотою υ=50 Гц. З цією метою коло збирається так, щоб в ньому можна було знехтувати активним і інуктивним опорами порівняно з ємнісним. Покладаючи R=0, L=0 в (4) і застовуючи (3) , перепишемо (2) у вигляді

I = U₀ ω C cos( ωt + φ ) (8)

Прилади, що вимірюють змінний струм, проградуйовані в значеннях ефективних величин: ефективна сила струму, яку показує амперметр, дорівнює I = I₀/ , ефективна напруга - U = U₀/ . Крім того, показання приладу звичайно не залежить від зсуву фаз φ. Якщо за допомогою приладів для двох різних ємностей одержані результати I = ω C U та I₁ = ω C₁ U₁, з відношення I / I₁ маємо

C = C₁ I U₁ / ( I₁ U) (9)

Якщо відома еталонна ємність С₁ та виміряні інші величини правої частини (9), то із (9) можна знайти шукану С.

В

R

даній роботі співвідношення (9) є розрахунковим.

~U

C₂

C₁

П

К

К

Рис.1.

Порядок виконання роботи:

1.Зберемо коло змінного струму згідно зі схемою (рис.1) .

2. Перемикачем П ввімкніть у вимірювальний контур еталонний конденсатор. Після перевірки кола викладачем подайте в коло напругу вимикачем К, повзунком реостата підберіть напругу U₁ ≈ 100-150В і виміряйте струм I₁. Змінючи напругу приблизно на 30В вверх-вниз, виконайте вимірювання ще двічі. Значення І₁ та U₁ занесіть до поданої нижче таблиці.

3. Вімкніть до вимірювального контура один з досліджуваних конденсаторів С і повторіть дії пункта 2, записуючи тричі значення U та I .

4. Обчисліть три значення ємності досліджуваного конденсатора С за формулою (9) і визначте похибки вимірювань.

№	C1	U1	I1	U	I	C	(ΔC)2

Дайте відповіді на запитання:

1. Як змінюється сила струму в колі при зміні ємності?

2. Як можна спростити метод вимірювання ємностей, що вивчається?

3. Яка різниця існує між активним і реактивним опорами ?

4. В чому полягає систематична похибка при вимірюваннях за схемою (рис.1)?

Лабораторна робота № 36.