- •Электричество и магнетизм
- •Введение
- •Правила техники безопасности при работе с электрическими приборами и схемами
- •Основные электроизмерительные приборы физической лаборатории
- •Основные системы электроизмерительных приборов
- •1. Магнитоэлектрическая система
- •2. Электромагнитная система
- •3. Электродинамическая система
- •4. Индукционная система
- •5. Тепловая система
- •6. Электростатическая система
- •7. Вибрационная система
- •Определение диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Перепишем соотношение (2.7) в виде
- •Так как объемная плотность энергии электрического поля
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников
- •Теоретическое введение
- •Полупроводники
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •К онтрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение зависимости мощности и кпд источника тока от величины нагрузки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Приборы и оборудование: ип – источник питания, фпэ-06 – модуль “Определение работы выхода”, pv – вольтметр (прибор ф-214 1/2), pa – амперметр (прибор ф-214 1/4). Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Принципиальная электрическая схема
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •М етодика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Проверка закона Био-Савара-Лапласа и определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля короткой катушки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля постоянного магнита
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •2. Измерение тока проводить до 20 мА. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 2-15 Изучение эффекта Холла в полупроводнике
- •Теоретическое введение
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование: звуковой генератор гс-118 (pq, рис.16.7 и 16.8), электронный осциллограф с1-150 (ро), модуль “явление гистерезиса” фпэ–07. Экспериментальная установка и методика измерений
- •По закону Фарадея эдс индукции по вторичной обмотке
- •Из выражения (16.15) и (16.16) получаем
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение электрических процессов в простых линейных цепях при действии гармонической электродвижущей силы (фпэ-09)
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение явления резонанса в колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки и методика эксперимента
- •Зарядка установки
- •Методика определения ёмкости установки
- •Методика определения ёмкости проводника (шара)
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
Основные системы электроизмерительных приборов
1. Магнитоэлектрическая система
В приборах этой системы используется взаимодействие между проводником с током и постоянным магнитом. Измеряемый ток протекает по катушке А, подвешенный между полюсами постоянного магнита NS (рис.1).
М ежду полюсными наконечниками магнита, имеющими полукруглую форму, вставлен цилиндрический сердечник из мягкого железа. Благодаря малой ширине кольцевого зазора напряженность магнитного поля в нем очень велика, что обеспечивает высокую чувствительность прибора. Кроме того, магнитное поле имеет одинаковую величину напряженности по всей длине зазора В, и силовые линии направлены
всюду по радиусам цилиндра (радиальное поле), что обеспечивает равномерность шкалы прибора. Катушка выполнена в виде легкой рамки и подвешена так, что она может свободно поворачиваться в зазоре В. Когда по катушке течет ток, на нее со стороны магнитного поля в зазоре действуют силы, стремящиеся повернуть рамку с током и поставить её в такое положение, в котором магнитный поток, охватываемый током, максимален. Момент этих сил (отклоняющий момент Мот) пропорционален силе тока, а также площади рамки, числу витков и напряженности (точнее индукции) магнитного поля в зазоре. Очевидно, что если каким-то способом измерить момент Мот, то можно будет определить силу тока, текущего по катушке.
Возможность измерения отклоняющего момента обеспечивается тем, что рамка удерживается в своем начальном положении упругими силами. Они создаются либо спиральными пружинами С1, С2. прикрепленными одним концом к оси рамки, а другим - к неподвижным частям прибора, либо упругой нитью, на которой подвешена рамка. Если рамка под действием тока отклонилась на угол от начального положения, то вследствие деформации пружин или нити возникнут силы упругости, стремящиеся вернуть рамку в первоначальное положение. Момент упругих сил (возвращающий момент МВ) зависит от угла отклонения рамки; в силу закона Гука он может считаться пропорциональным этому углу. Очевидно, что рамка будет отклоняться до тех пор, пока возвращающий момент МВ не уравновесит отклоняющий момент Мот. Таким образом, равновесный угол отклонения будет зависеть от силы тока. Отсчитывая этот угол по шкале, с помощью скрепленной с рамкой стрелки или зеркала, можно определить силу тока, если прибор предварительно проградуирован.
Вид зависимости угла отклонения от силы тока i неодинаков у приборов различных систем. Для магнитоэлектрических приборов характерна линейная зависимость: i, т.е. равномерная шкала (чувствительность не зависит от силы тока). Это обеспечивается тем, что отклоняющий момент Мот пропорционален току i и не зависит от угла поворота . Действительно, при радиальной форме поля в зазоре плоскость рамки при любой ориентации параллельна силовым линиям.
Отклонения от строго равномерной шкалы могут возникнуть только из-за случайных погрешностей в изготовлении прибора, например, из-за непостоянства ширины зазора.
Укажем еще ряд существенных деталей конструкции магнитоэлектрических приборов. Ток в рамку подводится через пружинки , , которые служат для создания возвращающего момента. Рамка стрелочных приборов делается из алюминия и кроме своей основной роли - служить каркасом для катушки - выполняет функции успокоителя (демпфера). При движении рамки в магнитном поле в ней индуцируется электродвижущая сила и возникает ток, пропорциональный скорости пересечения силовых линий. Магнитное поле действует на этот ток, создавая момент, направленный (по правилу Ленца) навстречу направлению вращения рамки. Если бы этого тормозящего момента не было, подвижная система прибора после отклонения длительное время колебалась бы около нового положения равновесия; колебания затухали бы только из-за незначительного трения в подшипниках и о воздух. К рамке прикреплены стальные полуоси, заканчивающиеся остриями - кернами, которые входят в углубления агатовых подшипников, запресованных на концах винтов Н.
Стрелка D укреплена на оси и перемещается над шкалой. Противовесы М устанавливаются так, чтобы центр тяжести подвижной системы находился на оси вращения. Наружный конец одной из пружин , крепится к поводку К, который может поворачиваться вокруг оси прибора. Этот механизм корректора позволяет в некоторых пределах изменять положение равновесия подвижной системы, устанавливая указатель на нулевое деление шкалы.
Для измерений на постоянном токе применяются почти исключительно магнитоэлектрические приборы. Их достоинствами являются высокая чувствительность, большая точность, равномерность шкалы. Внешние поля слабо влияют на показания магнитоэлектрических приборов, так как их рамка находится в почти замкнутом пространстве и в сильном поле собственного магнита. Главным недостатком магнитоэлектрических приборов является невозможность измерения переменных токов.