- •Часть II, “Электричество и магнетизм”
- •Общие указания Охрана труда и техника безопасности при проведении лабораторных работ
- •Запрещается:
- •Требования к оформлению отчетов
- •Библиографический список
- •Обработка результатов измерений
- •Правила обработки результатов прямых Измерений
- •I. Учет случайных составляющих неопределенности (погрешности)
- •II. Учет неопределенностей, обусловленных систематическими ошибками
- •III. Промахи
- •IV. Доверительный интервал в общем случае
- •Обработка результатов косвенных измерений
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 27. Определение эдс источника тока методом компенсации
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 29. Измерение сопротивлений при помощи моста постоянного тока
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •7. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы Изучить на практике законы постоянного тока. Приобрести навыки измерения тока, напряжения, мощности и коэффициента полезного действия источника постоянного тока.
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •На оси соленоида
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Основе закона ампера
- •I. Цель работы
- •II. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Вычисления и обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •Содержание
- •Северо-Западный государственный заочный технический университет
- •191186 Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5
7. Вычисления и обработка результатов измерений
Вычисления В, Н и производятся по формулам (4), (9) и (10) в единицах СИ. Результаты работы представить в виде графиков и . Обе кривые строятся на одной координатной сетке, каждая в своем масштабе. По оси абсцисс откладывается напряженность поля Н.
8. Контрольные вопросы
1. Назвать основные виды магнетиков.
2. Какие вещества относятся к ферромагнетикам? Перечислить особенности процесса их намагничения.
3. Объяснить особенности процесса намагничения ферромагнетика при различных напряженностях внешнего магнитного поля, пользуясь полученными графиками зависимости В(Н) и .
4. Какова природа ферромагнетизма? Чем объясняется магнитное насыщение?
5. В чем заключается явление магнитного гистерезиса?
Литература: [1], § 131-136.
РАБОТА 37. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
1. Цель работы
Изучить на практике закономерности движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
Приобрести навыки определения удельного заряда частицы.
2. Краткая теория исследуемого явления
Если частица с массой m, обладающая зарядом q, движется в пространстве, где имеется электрическое поле с напряженностью , и магнитное поле с индукцией , то согласно второму закону Ньютона, уравнение движения частицы имеет вид
.
Решая это уравнение при известных начальных условиях, можно найти траекторию частицы. Вид траектории зависит от , , а также от величины q/m, называемой удельным зарядом частицы. Зная удельный заряд, можно получить ценные сведения о природе частиц и о тех процессах, в которых они возникают.
Воздействуя на потоки электронов и ионов электрическими и магнитными полями, можно управлять этими потоками, то есть изменять их силу и направление; это лежит в основе действия многих устройств (осциллографов, телевизионных трубок, электронных микроскопов, ускорителей заряженных частиц, масс-спектрографов и т.д.).
Одним из методов определения удельного заряда электрона является «метод магнетрона». Название «метод магнетрона» связано с тем, что применяемые в работе конфигурации электрического и магнитного полей подобны конфигурации этих полей в магнетронах-генераторах электромагнитных колебаний в области сверхвысоких частот, применяемых в передающих устройствах радиолокационных станций (РЛС).
Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу с коаксиальными цилиндрическим анодом А и накаливаемым катодом К очень малого диаметра, помещенную внутрь соленоида, магнитное поле которого параллельно оси лампы (рис. 1).
Рис. 1
При отсутствии электрического тока в соленоиде (при =0) электроны, испускаемые раскаленным катодом вследствие электронной эмиссии, под действием электрического поля, которое возникает благодаря приложенной положительной разности потенциалов между анодом (А) и катодом (К), движутся к аноду по радиусу (рис. 2, а).
Рис. 2
Кинетическая энергия, приобретённая при этом, определяется работой сил электрического поля
(1)
где Uа – разность потенциалов; т – масса электрона; е – заряд электрона; – скорость его движения.
При наличии тока в соленоиде на движущиеся электроны, кроме электрической силы, со стороны магнитного поля начинает действовать сила Лоренца:
(2)
где – угол между векторами и .
Если скорость электронов направлена перпендикулярно магнитному полю, как это имеет место в магнетроне, то формула (2) принимает вид
F Л = e B. (3)
Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости движения электрона, то под действием этой силы численное значение скорости электрона не меняется, а меняется только направление его движения. Траектория электрона искривляется (рис. 2, б). В случае, когда скорость электронов постоянна, а магнитное поле однородно, траектория электронов будет окружностью, а сила Лоренца – центростремительной силой:
e B= (4)
где R — радиус окружности.
Из совместного решения уравнений (1) и (4) можно получить формулу для расчета удельного заряда электрона:
(5)
В формуле (5) разность потенциалов Uа между анодом А и катодом К и индукция В магнитного поля определяются из данных опыта.
Радиус кривизны R траектории электрона можно определить, исходя из нижеследующих рассуждений.
При усилении магнитного поля на движущиеся электроны действует все большая сила Лоренца и траектория электронов будет все больше искривляться. При достижении некоторого «критического» значения индукции магнитного поля Bкр электроны перестанут достигать анода лампы и по замкнутым траекториям будут возвращаться на катод (рис. 2, в). Анодный ток при этом должен прекратиться.