рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА “ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ”

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА “ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ” - раздел Домостроительство, Лабораторна Робота № 7   Визначення Питомого Заряду Ел...

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

 

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА

“ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ”

 

І. МЕТА РОБОТИ: вивчення дії електричного і магнітного полів на рухомий

електричний заряд та дослідне визначення відношення “методом магнетрона”

 

ІІ. ДЛЯ РОБОТИ ПОТРІБНІ: електронна лампа з циліндричним анодом, соленоїд, міліамперметр, вольтметр, амперметр, реостати, джерело напруг типу УИП-1, вимикачі.

 

ІІІ. ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ ПРОГРАМИ, ЗНАННЯ ЯКИХ

НЕОБХІДНЕ ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ:

1. Напруженість електричного поля. Поле точкового заряду. Однорідне електричне поле.

2. Сила, що діє на електричний заряд в електричному полі.

3. Сила, що діє на рухомий електричний заряд в магнітному полі.

 

ІV. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОПИС УСТАНОВОК:

1. Заряд електрона е = -1,6×10-19 Кл та його маса m= 9,1 × 10-31 кг входять до числа фундаментальних сталих фізики. Однак у багатьох фізичних явищах немає потреби визначати абсолютні значення е і m, бо основну роль в них відіграє відношення електрона до його маси, тобто так званий питомий заряд . Знайти цю величину важливо як з теоретичного погляду (зокрема при вивченні внутрішньої будови речовини), так і з практичного (при застосуванні електронно-променевих трубок тощо).

2. Існує багато різноманітних методів визначення відношення . Значна частина їх грунтується на використанні дії електричного і магнітного полів на рухомий електричний заряд.

На заряд q , що рухається зі швидкістю в магнітному полі з індукцією , діє сила Лоренца,

= q[], (7.1)

модуль якої

F=qvBsina (7.2),

де a­­ – кут між векторами і .

Для електрона q=е і тому

= е[] (7.1')

та

F=еvBsina (7.2').

Проте слід звернути увагу на те, що в формулі (7.1') напрямок векторного добутку [] змінюється на протилежний внаслідок його множення на від’ємний заряд електрона .

Якщо ^ , то sina =1 і тоді сила Лоренца

F=еVB (7.2'').

В загальному випадку, коли на рухомий заряд одночасно діють електричне поле напруженістю та магнітне поле з індукцією , результуюча сила становитиме геометричну суму прискорюючої дії електричного поля е в напрямі – і відхиляючої дії магнітного поля е[]:

= е+ е[] (7.3)

Строго кажучи „силою Лоренца ” називають силу, визначену за формулою (7.3).

 

3. Для чіткого розуміння процесів, які мають місце у вакуумних електронних лампах , нагадаємо, що згідно з формулою

= е (7.4)

рух електрона сповільнюється, коли той рухається вздовж силових ліній електричного поля і прискорюється , коли він рухається проти силових ліній цього поля (мал. 7.1):

       
   


 

e

       
   
 
 


< Мал. 7.1. >

4. Якщо електрон рухається у перпендикулярному магнітному полі (^) , то згідно з векторним добутком (7.1') він відхилявся б у напрямку [] , але від’ємний знак заряду електрона (е<0 ) змінює цей напрямок на протилежний; в підсумку, на електрон діє сила в напрямку е[].

5. Метод вимірювання , застосований у даній роботі називають „ методом магнетрона ” у зв’язку з тим, що застосована тут конфігурація електричного і магнітного полів дуже нагадує конфігурацію полів у магнетронах – генераторах електромагнітних коливань в області надвисоких частот (НВЧ).

Рух електронів у цьому випадку відбувається в кільцевому просторі між катодом і анодом двоелектродної електронної лампи.

Нитка розжарення лампи (катод) розташований вздовж осі циліндричного анода. Силові лінії електричного поля спрямовані радіально від додатнього електрода – анода до катода.

При відсутності магнітного поля електрони, що вилітають з катода внаслідок явища термоелектронної емісії , рухаються по прямолінійних траекторіях від катода до анода, тобто вздовж радіусів (мал. 7.2)

 

Для створення і області між катодом і анодом магнітного поля електронну лампу розташовують так, щоб її нитка розжарення (катод) була віссю соленоїда . Відомо, що соленоїд створює магнітне поле з силовими лініями індукції паралельними його осі. Отже, за такої конструкції установки і будуть взаємно перпендикулярними.

Напруженість електричного поля спрямована по радіусу в напрямку до катода, а індукція магнітного поля паралельна дротині катода лампи. Як видно з формули (1') сила Лоренца завжди перпендикулярна до на-

Рис. 7.2 прямку руху електрона , тому вона не виконує роботи : бо не змінює величини вектора швидкості ; проте вона змінює напрямок вектора .

При деякій достатній величині індукції магнітного поля траєкторія руху електрона перестає вже навіть торкатися анода, тобто електрони не будуть попадати на анод. Отже, критичною індукцією є така індукція магнітного поля, при якій траєкторії руху електронів будуть замкненими на катод (мал. 7.3, крива 1). При будь-якій іншій індукції магнітного поля, котра менша від критичної, електрони будуть мати траекторії, що починаються на катоді і закінчуються на аноді (наприклад,

крива 2, мал.7.3). Нарешті, із посилен-

ням магнітного поля при >згідно

з (7.1') сила, що діє не електрони, буде

зростати і криві (траекторії) руху елект-

ронів будуть дедалі меншого радіуса (7.5)

Таким чином, сила Лоренца відіграє

роль доцентрової сили

(7.6)

 

Рис. 7.3 Вважаючи (в першому наближенні), що при =траєкторія руху електронів є коловою (мал. 7.3, крива 1) з радіусом , знайдемо з рівності (7.6) шукане відношення:

(7.7)

Швидкість електронів можна визначити з рівності кінетичної енергії електронів, роботи їх прискорення в електричному полі лампи

(7.8)

Тут UA – різниця потенціалів (напруга) між анодом і катодом. З формули (7.8) : . (7.9)

Підставивши (7.9) у (7.7), одержимо:

. (7.10)

Крива залежності струму в електронній лампі від індукції магнітного поля при сталому струмі розжарення катода і сталій анодній напрузі UA в ідеальному випадку виражається пунктирною кривою 1 (мал. 7.4).

Внаслідок того, що електрони, які рухаються від катода до анода, мають різні швидкості, зменшення анодного струму відбувається поступово

(крива 2 на мал. 4); повільніші електрони перестають попадати на анод при меншому значенні індукції магнітного поля , ніж більш швидкі.

 

 

Якщо знімати криві І а = f(B) при різних значеннях анодної напруги UA, одержимо сім’ю кривих для різних .

Рис. 7.4 Однак, при знятті цих кривих напруга розжарення катода повинна бути однаковою. Криві І а = f(B) ще називають скидними характеристиками лампи.

У даній роботі замість діодів з циліндричним анодом можна використовувати тріод з таким самим анодом, наприклад, лампу 6С5С. Щоб третій електрод тріода – сітка не спотворювала результатів вимірювання , її сполучають з анодом через великий опір (десятки тисяч омів). Як уже згадувалось вище, магнітне поле створюється за допомогою соленоїда , довжина якого значно більша діаметра. Тоді можна вважати, що в середній частині соленоїда магнітне поле буде однорідним, а його індукцію знаходять за формулою:

, (7.11)

де μ – відносна магнітна проникність середовища (в нашому випадку повітря);

μ0 – магнітна стала , яку називають абсолютною магнітною проникністю вакууму

();

Іс – сила стуму в обмотці соленоїда ( в амперах);

n – число витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда (для даного соленоїда n=8·103 ).

Соленоїд живиться від джерела постійного струму , наприклад, ВСА-5К.

Струм в соленоїді будемо вважати критичним Ікр при В=Вкр . Тоді врахувавши (7.11). Остаточно одержимо таку робочу формулу:

(7.12)

Отже, для визначення питомого заряду електрона „методом магнетрона”, необхідно знати радіус rA анода лампи (для даної лампи rA=9,6 мм), число витків соленоїда n на одиницю довжини, анодну напругу UA та Ic кр , що знаходиться з IA = f( Ic) , подібного до графіка IA = f(В), наведенного на мал. 7.4.

 

 

V. ЗАВДАННЯ ТА ХІД ЙОГО ВИКОНАННЯ

Визначити питомий заряд електрона

1. Збирають установку за схемою, поданою на рис.7.5.

 

Рис. 7.5

 

2. Ставлять контакт потенціометра RA в положення, при якому UA = 0 і вмикають коло розжарення.

3. Замикають коло анода (ключем Ка) і за допомогою потенціометра RA установлюють одну з напруг UA , наприклад, 100 В і переконуються в тому, що величина анодного струму припадає на другу половину шкали міліамперметра.

4. Увімкнувши максимальний опір R , замикають коло соленоїда (ключа КС) і міліамперметром вимірюють силу анодного струму.

5. Збільшують силу струму в соленоїді ІС в межах від 0 до максимального і вимірюють залежність Iа = f( IС ) . Дані заносять у таблицю 7.1.

Таблиця 7.1

ІС, А 0,1 0,2 0,3 ………
Іа, мА          
∆ Іа, мА  

 

IC , А 0,1 0,2 0,3 ..........
Іа , мА          
∆ Іа , мА  

6. Ставлять RС у вихідне положення , при якому ІС = 0, розмикають коло соленоїда і повторюють вимірювання при інших значеннях анодної напруги UA . Дані заносять у таблиці 7.1, 7.1', 7.2'' ..., аналогічні таблиці 7.1'.

7. За даними таблиць 7.1, 7.1', 7.2'', ... будують скидні характеристики при різних UA , з яких методом диференціювання кривої знаходять залежності ∆ІА = f( IC), їх будують на фоні скидних характеристик.

8. За максимумами залежностей ∆ІА = f( IC) з графіків визначають Іс кр , І'С кр, І''С кр ... . Дані заносять у таблицю 7.2

9. Для кожного рядка таблиці 2 розраховують за формулою (7.12) і проводять статистичну обробку даних за програмою 1 (додатки 2 і 3).

10. Записують остаточний результат:

=

і роблять висновок про якість проведених вимірювань (наприклад, на скільки % відрізняється одержаний результат від табличного значення –

Таблиця 7.2

№ п/п UА ІІскр р иa ta, n S<> E
В А м %
1. 2. 3. …                  

 

VI. ЛІТЕРАТУРА

[1] – стор. 331, 336–337, 396–401. [5] – стор. 312–316, 368–378.

[2] – стор. 13–17, 161–165. [7] – стор. 184–189.

[3] – стор. 16–20, 208–217. [8] – стор. 321–324.

[4] – стор. 116–118, 223–225. [9] – стор. 96–99.

.

VII. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ І КОНТРОЛЮ

1.За законом збереження енергія замкненої системи зберігається. А у яких випад-

ках енергія системи змінюється? Яка причина зміни кінетичної енергії заряду,що

рухається в електростатичному полі?

2.Чи змінюється енергія заряду, який влітає у магнітне поле:

–вздовж силових ліній цього поля?

–перпендикулярно до силових ліній магнітного поля? Поясніть відповідь.

3.Дайте визначення основного закону динаміки обертального руху. Зробіть малю-

нок, на якому зазначте напрямки векторів моменту імпульсу електрона, що руха-

ється по колу в магнітному полі, та моменту сили Лоренца.

4.Як треба змінити описаний у цій роботі метод для визначення відношення заря-

ду до маси для протона? Чи можна застосовувати цей метод для визначення хара-

ктеристик нейтрона? Відповідь обґрунтуйте.

5.Як рухається електричний заряд в однорідному магнітному полі, коли кут між

напрямком вектора швидкості заряду і напрямком вектора магнітної індукції до-

рівнює: 0; /2; довільній величині?

6.Пояснити принцип дії магнетрона.

7.Намалювати траєкторії руху електрона у магнітному полі для випадків:

1) В < Вкр ; 2) В = Вкр; 3) В > Вкр.

 

ПРОТОКОЛ 7

 

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА “ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ”

 

Заряд електрона е = -1,6×10-19 Кл та його маса m= 9,1 × 10-31 кг входять до числа фундаментальних сталих фізики. Однак у багатьох фізичних явищах немає потреби визначати абсолютні значення е і m, бо основну роль в них відіграє відношення заряду електрона до його маси, тобто так званий питомий заряд . Знайти цю величину важливо як з теоретичного аспекту (зокрема при вивченні внутрішньої будови речовини), так і з практичного (при застосуванні електронно-променевих трубок тощо).

Існує багато різноманітних методів визначення відношення . Значна частина їх грунтується на використанні дії електричного і магнітного полів на рухомий електричний заряд. На заряд q , що рухається зі швидкістю в магнітному полі з індукцією , діє сила Лоренца, В загальному випадку, коли на заряд діють електричне і магнітне поля, сила Лоренца має вигляд:

Fл=qE+qVB sina (1)

У більшості випадків під силою Лоренца розуміють силу, яка дії на заряд q при його русі в магнітному полі з індукцією В :

Fл=q V B sina (2)

 

В простому магнетроні рух електронів відбувається в просторі між катодом і анодом двоелектродної електронної лампи. При цьому нитка розжарення лампи (катод) розташована вздовж осі циліндричного анода. Силові лінії електричного поля спрямовані радіально від катода до анода, рис.1.

 

При відсутності магнітного поля, електричне поле прискорює електрони, що емітували з катода (внаслідок термоелектронної емісії), в напрямку до анода, по силових лініях електричного поля.

Якщо вказану лампу помістити в магнітне поле так, щоб його силові лінії були паралельними катоду (перпендикулярно до площини рисунку), то електрони не зможуть рухатися до анода вздовж радіусів, оскільки на них буде діяти сила Лоренца

 

Fл = e V B sina, (3)

 

де е – заряд електрона.

Рис.1.

Тепер електрони будуть рухатися по траєкторіях, близьких до кругових, рис.2. Спочатку, при заданому електричному полі і малих значеннях індукції В, радіус траєкторії буде великим, і електрони будуть потрапляти на анод, крива 2 на рис.2. В анодному колі буде фіксуватися електронний струм Іа. При певному (критичному) значенні індукції Вкр сила Лоренца зменшить радіус траєкторії електронів, траєкторія стане круговою (крива 1 на рис.2), внаслідок чого електрони не потраплять на анод, струм в анодному колі зменшиться до нуля.

Насправді траєкторія руху електронів у випадку схрещених електричного і магнітного полів є складною, оскільки швидкість електронів змінна – спочатку маємо випадок рівноприскореного руху, а після повороту електронів в сторону катода, вони потрапляють в тормозне для них електричне поле, і рух становиться рівносповільненим. Тим не менше, для оцінки ситуації будемо вважати, що електрони рухаються по круговій траєкторії зі сталою кутовою і лінійною швидкостями, тобто V=const.

 

 

 

Рис.2.

При рівномірному обертовому русі сила Лоренца грає роль доцентрової сили, Fл=F доц., або ж::

(4)

При В=Вкр радіус r дорівнює половині віддалі rА, - віддалі від катода до анода, рис.2:

r=rA/2 (5)

Із (4) і (5) знаходимо відношення e/m:

 

(6)

В цій формулі треба визначити швидкість електронів V і критичне значення Вкр. При проходженні електричного поля від катода до анода електрони здобудуть енергію eUA

де UA – різниця потенціалів між катодом і анодом (в роботі вимірюється вольтметром). Ця енергія дорівнює кінетичній енергії електронів

(7)

 

(8)

Підставивши (8) в (7) і піднісши до квадрату, отримаємо:

(9)

В даній лабораторній роботі магнітне поле створюється за допомогою соленоїда, довжина якого значно більша діаметра. Тоді можна вважати, що в середній частині соленоїда магнітне поле є однорідним, а його індукцію можна знайти по формулі

, (10)

де μ – відносна магнітна проникність середовища (в нашому випадку повітря);

μ0 – магнітна стала , яку називають абсолютною магнітною проникністю вакууму

();

Іс – сила стуму в обмотці соленоїда ( в амперах);

n – число витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда (для даного соленоїда n=8·103 ).

 

 

Рис.3.

Критичне значення магнітної індукції Вкр можна знайти із графіка залежності анодного струму Іа від струму Іс в обмотці соленоїда – знайти значення Іс при найкрутішому ході графіка, рис.3. Отримане значення Іс підставити в (10), а (10) підставити в (9), отримаємо:

(11)

Нагадаємо, що величини n і rA – це конкретні характеристики установки (інформацію про них брати у лаборанта).

 

ХІД РОБОТИ

  1. Зібрати установку по схемі рис.4.

 

 

Рис.4.

 

2. Включити підігрів катода, ключ Кр.

3. Включити блок живлення анода, замкнути анодне коло, ключ Ка. Встановити анодну напругу 100 В, по вольтметру V.

4. Включити блок живлення соленоїда, поставити реостат R в максимальне положення, замкнути коло соленоїда ключем Кс.

5. Змінюючи реостатом R величину струму соленоїда Іс (виміряти амперметром А) зняти залежність анодного струму ІА (міліамперметром mA) від струму соленоїда Іс. Дані занести в таблицю. Побудувати графік

Ia=f (Ic).,

Знайти з графіка Іс кр , підставити його в формулу (11), знайти відношення e/m.

 

Запитання

2.Показати анодне коло, пояснити, від чого залежить величина анодного струму. Пояснити, що таке термоелектронна емісія. 3.Показати коло соленоїда. Нарисувати силові лінії магнітного поля… 4.Пояснити, чим відрізняється робота опору R від роботи опору RA.

Зняття кривої намагнічування та петлі гістерезису за допомогою осцилографа

ІІ. Для роботи потрібні:осцилограф, трансформатор, автотрансформатор, резистори на 100 Ом і 15 кОм, конденсатор, з’єднувальні провідники. ІІІ. ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ, ЗНАННЯ ЯКИХ НЕОБХІДНО ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ 1. Магнітні моменти електрона та атома.

Лабораторна робота № 10

Вимірювання потужності змінного струму

Та зсуву фаз між струмом і напругою

ІІ. Для роботи потрібні : -ватметр, вольтметр і амперметр; -набір конденсаторів, котушка індуктивності, активний опір, з’єднувальні

ІV. Теоретичні відомості та опис установки

Якщо в колі наявний тільки активний опір , то зміна струму в часі () і напруги () співпадають за фазою (рис. 10а). Робота змінного струму за дуже…    

V. Завдання та хід виконання роботи

Визначення коефіцієнта потужності змінного струму.

   

Визначення зсуву фаз між струмом і напругою у колах змінного струму з різним характером навантаження.

а) конденсатор, б) котушку індуктивності, в) конденсатор та котушку індуктивності,

VI. Література

[2] – стор. 229-232 [7] – стор. 145-150.

[3] – стор. 270-273. [8] – стор. 172-176.

[5] - стор. 396-408.

 

VII. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ І КОНТРОЛЮ

- Що називається потужністю змінного струму?

- Який фізичний зміст активної, реактивної і повної потужності змінного струму і зв’язок між ними?

- Як впливає на потужність змінного струму наявність у колі реактивного опору?

- Що називається коефіцієнтом потужності і як його визначити?

- Як визначити ( за даними досліду) зсув фаз між струмом і напругою?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

ВИЗНАЧЕННЯ ІНДУКТИВНОСТІ КОТУШКИ, ЄМНОСТІ

КОНДЕНСАТОРА ТА ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ОМА ДЛЯ

ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ

І. МЕТА РОБОТИ:вивчити особливості протікання змінного струму в електричних колах з різним характером навантаження; виміряти коефіцієнт самоіндукції L. ємність конденсатора С та перевірити закон Ома для електричного кола зі змішаним навантаженням Ra, L, C.

 

ІІ. ДЛЯ РОБОТИ ПОТРІБНІ:астатичний вольтметр типу АМВ з межами вимірювання 7,5; 15; 30; 60 В, астатичний вольтметр типу АСТВ з межами вимірювання 150 і 300 В, астатичний міліамперметр АСТ з межами вимірювання 250 і 500 мА, батарея конденсаторів типу БГ-МН ємністю 1 мкФ кожний, котушка індуктивності з L≈0,01 Гн, два реостати з опорами 200 і 400 Ом на 2 А.

ІІІ. ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ ПРОГРАМИ, ЗНАННЯ

ЯКИХ НЕОБХІДНЕ ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Змінний струм та його одержання. Період і частота струму.

2. Амплітудне та ефективне значення змінного струму.

3. Активний і реактивний опір. Опір ємнісний та індуктивний.

4. Зсув фаз між струмом і напругою у конденсаторі та котушці самоіндукції.

5. Векторна діаграма кола змінного струму з послідовним з’єднанням Ra, L, C.

6. Закон Ома для змінного струму

 

IV. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОПИС УСТАНОВКИ

Якщо до кінців провідника з активним опором Ra прикласти змінну напругу , (11.1) де - її амплітуда (максимальне значення),

V. ЗАВДАННЯ ТА ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

А). Вимірювання індуктивності котушки.

Із формули (11.12) випливає, що індуктивність котушки:

, (11.15)

де , (11.16)

а активний опір . (11.17)

1. Збирають електричне коло за схемою, поданою на рис. 11.1 (Реостат r відіграє тут роль тільки запобіжника).

2. Для визначення активного опору Rа з’єднують за допомогою ключа К коло котушки з джерелом постійного струму і вимірюють амперметром та вольтметром Іпост та Uпост.

3. Вимірювання проводять ще для шести значень напруги; дані заносять у таблицю 11.1.

4. Розраховують Rа для кожного рядка таблиці 11.1 за формулою (11.17), проводять обробку даних за програмою 1 (додаток 3) і записують остаточний результат

= <> ± ∆.

5. Для знаходження сумарного опору Z1 кола з’єднують його ключем К з джерелом змінного струму і вимірюють вольтметром та амперметром Іеф.та Uеф.

 

Tаблиця11.1

п/п Uпост. Іпост Α tα,n S<> E
поділки В поділки А Ом - - Ом Ом %
                   

 

для сімох напруг. Дані заносять у таблицю 11.2.

За формулами (11.16) і (11.15) обчислюють сумарний опір Z1 кола та індуктивність котушки L за програмою 1 (додаток 3), і записують остаточний результат

L = <L> ± ∆L.

Таблиця 11.2

п/п Uеф Іеф α tαn S<L> ∆L EL
Ом под В под А Ом Гц - - Гц Гц %
                       

 

7. Циклічну частоту ω (для таблиці 11.2) обчислюють за формулою ω=2πυ, де лінійна частота змінного струму υ=50 Гц.

8. Роблять висновки за результатами таблиць 11.1 та 11.2.

 

Б). Визначення ємності конденсатора.

Ємність конденсатора С може бути визначена за формулами (11.13)

, (11.18)

де - сумарний опір кола;

(11.18’)

Rа – омічний (активний) опір кола;

ω – циклічна частота.

Остання формула значно спрощується, якщо вимірюється безпосередньо на обкладках конденсатора, бо тоді омічний опір практично рівний нулеві (при виключеному магазині опорів (рис.11.1)). В цьому випадку

. (11.19)

1. Замість котушки вмикають у коло (рис. 11.1) досліджуваний конденсатор.

2. Замикають перемикач на змінний струм і за амперметром і вольтметром вимірюють струм і напругу. Дані заносять у таблицю 11.3.

3. Змінюючи , вимірювання повторюють сім разів. Для збільшення точності вимірювання покази приладів повинні бути у другій половині шкали.

4. Частота ω, як і раніше, рівна ω=2πυ=314 с-1.

5. Для кожного рядка таблиці 11.3 розраховують повний опір Z2 та ємність конденсатора С за формулами (11.18’) та (11.19).

6. Проводять статистичну обробку даних для С за програмою 1 (додаток 3);і записують остаточний результат:

С = <С> ± ∆С.

7. Роблять висновок з проведеного дослідження ємності конденсатора.

Таблиця 11.3

п/п ω Uеф. Іеф. С α tαn S<С> ∆С EС
Гц под В под А Ом Ф - - Ф Ф %
                       

В). Перевірка закону Ома для кола змінного струму.

Якщо в коло змінного струму увімкнені послідовно омічний (активний) опір, індуктивність та ємність, то повний опір кола (імпеданс) визначається за формулою

. (11.20)

Активний опір (омічний) Rа не зміщує фази струму відносно фази напруги (формули (11.1), (11.2)). За допомогою векторної діаграми це зображують так (рис.11.2):

І U

 

Рис.11.2

Як видно з формули (11.3) напруга у колі змінного струму при Rа →0 (формула 11.5) tgφ→∞ і φ=90˚ (рис.11.3).

UL

 

І

 

 

Рис.11.3

Аналогічно для конденсатора можна прийти до висновку (формули (11.6) і (11.8)), що в ньому напруга відстає від струму на величину фази φ=90˚ при (Rа =0) (рис.11.4).

 
 


І

 

UС

 

Рис.11.4

Зсув фази між струмом і напругою у колі змінного струму легко визначити з так званої векторної діаграми кола.

Нехай коло складається з послідовно з’єднаних резистора, котушки і конденсатора (рис. 11.5). Причому котушку будемо вважати ідеальною, тобто, такою,

 

 
 

 

 


Рис.11.5.

що не має омічного опору. Її омічний опір виділимо окремо як активний опір кола Rа.

Побудову векторної діаграми розпочинають з вибору напрямку осі струму, наприклад, горизонтальною, як показано на рис.11.6.

Падіння напруги в активному опорі Uа відкладають вздовж осі І , бо φ=0.

Падіння напруги в UL відкладають під кутом 90˚ до напрямку І (в бік випередження), а UС - під кутом 90˚ до напрямку І у бік відставання.

 

UL

 

 


U

UL- UС

φ Uа І

 

 

UС

Рис.11.6

Довжини векторів Uа, UL та UС для даної сили струму визначаються відповідними – активним Rа, індуктивним RL=ωL та ємнісним - опорами.

Далі геометрично додають вектори Uа, UL та UС.

Спочатку зручніше додати вектори UL та UС, оскільки вони лежать на одній прямій. Потім, додають UL -UС з Uа і отримують вектор U, величина і напрямок (зсув фаз) якого визначаються з діаграми.

З рисунка 11.6 за теоремою Піфагора:

U2= Uа2+( UL -UС)2 або (ІZ)2=(І Rа)22·(RL -RС)2

звідки (11.20)

Перевірка справедливості цієї формули і є метою даного завдання.

 

1. Вмикають в коло котушку індуктивності і послідовно з нею конденсатор. Омічний опір котушки індуктивності, її індуктивність та ємність конденсатора були визначені у завданнях а), б).

2. Замикають перемикач на змінний струм, і вимірюють Uеф. та Іеф. сім разів, змінюючи лабораторним автотрансформатором Uеф.

3. Дані заносять у таблицю 11.4, і для кожного її рядка обчислюють повний опір кола за формулою:

Таблиця 11.4

п/п Uеф Іеф <Z> α tαn S<Z> ∆Z EZ
Ом под В под А Ом Ом - - Ом Ом %
                       

4. Проводять статистичну обробку результатів за програмою 1 (додаток 3) і записують остаточний результат

Z = <Z> ± ∆Z.

5. Знаючи ω, С, L, Ra, розраховують Z за теоретичною формулою (11.20), і проводять порівняння результату, одержаного експериментально, та розрахованого теоретично. Роблять висновок.

VI. Література

[2] - стор. 219-227 [6] - стор. 125-132

[3] - стор. 270-273 [7] - стор. 167-172

[5] - стор. 396-408 [8] - стор. 105-107

VII. Запитання для самоконтролю і контролю

1. В чому полягає явище самоіндукції?

2. Від яких величин залежить коефіцієнт самоіндукції?

3. Що таке Ом, Гн, Ф? Дайте їх визначення?

4. Від яких величин залежить індуктивний опір? Ємнісний опір?

5. Чому котушка з біфілярною намоткою майже не дає індуктивного опору?

6. Від яких величин залежить ємність плоского конденсатора?

7. Як теоретично визначити ємність двох конденсаторів, сполучених послідовно? Паралельно?

8. Чи змінюється коефіцієнт самоіндукції котушки, якщо в неї вставити феромагнітне осердя?

9. Розкажіть про особливості протікання змінного струму через котушку індуктивності; конденсатор та їх послідовне сполучення?

10. Як проводять побудову векторної діаграми кола змінного струму?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №12

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ І ЗНЯТТЯ СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ДІОДА ТА Транзистора

І. МЕТА РОБОТИ:ознайомитися з будовою, основними властивостями та характеристиками напівпровідникових приладів – діода і транзистора. Оволодіти… ІІ. Для роботи потрібні: напівпровідниковий випрямляч на 220 В; досліджуваний…  

IV. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОПИС УСТАНОВКИ.

Характерною особливістю всіх напівпровідникових приладів є простота їх будови, відсутність кіл розжарення і рухомих частин, механічна міцність,… Для розуміння роботи напівпровідникових приладів коротко розглянемо два приклади.

V. Завдання.

А) Зняти статичні вольт-амперні характеристики напівпровідни-кового діода

1. Зібрати коло за схемою, зображеною на рис. 12.9. (Джерелом струму в ній служить електронний випрямляч на 280 В, потенціометром — високоомний повзунковий реостат П на декілька тисяч Ом).

2. Зняти повну вольт-амперну характеристику досліджуваного напів-провідникового випрямляча. Для цього, користуючись потенціометром, подати на діод максимально допустиму для нього зворотну напругу. Далі увімкнути мікроамперметр і, зменшуючи прикладену напругу, зняти залежність сили зворотного струму від прикладеної напруги. Дані вимірювань занести в таблицю 12.1.

3. Змінити полярність напруги. Увімкнути міліамперметр і продовжити вимірювання, поки не буде досягнуто середнього значення випрямленого струму для даного діода. Дані вимірювань також занести в таблицю 1.

4. За даними таблиці побудувати вольт-амперні характеристики напівпровідникового діода в прямому і зворотному напрямках.

Таблиця 12.1

№ п/п U, B Iпр., мA Iзв., мкA k, - ln k, -
           

 

5. За формулою (12.1) для кожного значення напруги обчислити коефіцієнт випрямлення. Побудувати залежність lnk=f(U). Зробити висновок.

 

 

Б) Зняти статичні вольт-амперні характеристики біполярного транзистора

 

1. Зібрати коло за схемою, зображеною на рис.12.10. Пересувні контакти потенціометрів П1 і П2 виставити у крайнє положення, при якому напруга, що подається на базу і колектор, дорівнює нулю.

2. Замкнути коло бази і коло колектора. Потенціометром П1 встановити на базу напругу, наприклад, 0,09 В.

3. Потенціометром П2 повільно збільшувати напругу на колекторі Uк від 0 до максимально допустимої (етапами по 3—5 В). Значення струму колектора Ік та бази Іб записати для кожного значення колекторної напруги.

4. Встановити нове значення напруги між емітером і базою (підвищивши її на декілька сотих вольта) і, змінюючи напругу на колекторі, зняти наступну характеристику. Такі характеристики (їх беруть 5—6) зняти для інших значень напруг, прикладених між емітером і базою. При цьому слідкувати за тим. щоб струм емітера не перевищив номінальну величину для даного транзистора. Результати вимірювань занести в таблицю 12.2.

Таблиця 12.2

UБ, В  
UК, В            
ІБ, мА            
ІК, мА            

 

5. За даними таблиці 12.2 побудувати графіки залежностей

Ік =f(Uк) при Uб = const;

Ік =f(Uб) при Uк = const.

6. За формулою (12.2) обчислити значення крутизни характеристики в точці, заданій викладачем.

7. Визначити внутрішній опір напівпровідникового тріода в робочій точці, що лежить на прямолінійній ділянці однієї з характеристик, користуючись формулою (12.3). Зробити висновки.


VІ. ЛІТЕРАТУРА


[2] –стор. 78-108.

[4] –стор. 142-163.

[5] –стор. 320-331.

[6] –стор. 177-230.

[7] –стор. 166-174.

[8] –стор. 206-214.

[9] –стор. 74-81.

 


VІІ. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ І КОНТРОЛЮ

1. Які матеріали відносять до провідників, діелектриків та напівпровідників?.

2. Які частинки є носіями електричного заряду у напівпровідниках?.

3. Що таке власна і домішкова провідність напівпровідників?

4. Що таке p-n-перехід? Чим обумовлені властивості p-n-переходу?

5. Розповісти про будову, принцип дії та застосування напівпровідникового діода.

6. Розповісти про будову, принцип дії та застосування біполярного транзистора.


 


* Магазин опору виключають; проте котушка має власний омічний (активний)опір

– Конец работы –

Используемые теги: Визначення, питомого, заряду, електрона, методом, магнетрона0.087

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА “ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ”

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Вопрос№1. Электрический заряд. Дискретность заряда. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона
Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью заряд приходящийся на единицу поверхности Согласно теореме Гаусса... Вопрос Работа электрического поля Теорема о циркуляции напряженности... Если в электростатическом поле точечного заряда Q из точки в точку вдоль произвольной траектории перемещается...

Методы решения жестких краевых задач, включая новые методы и программы на С++ для реализации приведенных методов
Стр. 8. Второй алгоритм для начала счета методом прогонки С.К.Годунова.Стр. 9. Замена метода численного интегрирования Рунге-Кутта в методе прогонки… Стр. 10. Метод половины констант. Стр. 11. Применяемые формулы… Стр. 62. 18. Вычисление вектора частного решения неоднородной системы дифференциальных уравнений. Стр. 19. Авторство.…

Сравнение эффективности методов сортировки массивов: Метод прямого выбора и метод сортировки с помощью дерева
При прямом включении на каждом шаге рассматриваются только один очередной элемент исходной последовательности и все элементы готовой… Полностью алгоритм прямого выбора приводится в прогр. 3. Таблица 2. Пример… Можно сказать, что в этом смысле поведение этого метода менее естественно, чем поведение прямого включения.Для С имеем…

Статистические показатели себестоимости продукции: Метод группировок. Метод средних и относительных величин. Графический метод
Укрупненно можно выделить следующие группы издержек, обеспечивающих выпуск продукции: - предметов труда (сырья, материалов и т.д.); - средств труда… Себестоимость является экономической формой возмещения потребляемых факторов… Такие показатели рассчитываются по данным сметы затрат на производство. Например, себестоимость выпущенной продукции,…

Метод конечных разностей или метод сеток
Суть метода состоит в следующем. Область непрерывного изменения аргументов, заменяется дискретным множеством точек (узлов), которое называется… И эти схемы решаются относительно неизвестной сеточной функции. Далее мы будем… Для решения будем использовать итерационный метод Зейделя для решения сеточных задач.По нашей области G построим…

Метод конечных разностей или метод сеток
Суть метода состоит в следующем. Область непрерывного изменения аргументов, заменяется дискретным множеством точек узлов, которое называется сеткой… Такие системы часто называют разностными схемами. И эти схемы решаются… По нашей области G построим равномерные сетки Wx и Wy с шагами hx и hy соответственно . Wx xiihx, i0,1 N, hxNa Wy…

Методы и анализ нелинейного режима работы системы ЧАП. Метод фазовой плоскости
Нелинейная характеристика разбивается на ряд линейных участков, в пределах каждого из которых система описывается линейным дифференциальным… Метод гармонической линеаризации. Нелинейный элемент (НЭ) заменяется его… Состоит в построении и исследовании фазового портрета системы в координатах исследуемой величины и ее производной.…

Методы системного анализа. Метод анализа иерархий
украЇнсЬка Інженерно педагогІчНА академІя... Тарасенко О П...

Метод конечных разностей или метод сеток
Суть метода состоит в следующем. Область непрерывного изменения аргументов, заменяется дискретным множеством точек узлов, которое называется сеткой… Такие системы часто называют разностными схемами. И эти схемы решаются… По нашей области G построим равномерные сетки Wx и Wy с шагами hx и hy соответственно . Wx xiihx, i0,1 N, hxNa Wy…

Решение систем линейных алгебраических уравнений методом простых итераций и методом Зейделя
При использовании итерационных процессов, сверх того, добавляется погрешность метода. Заметим, что эффективное применение итерационных методов существенно зависит… Сейчас разберем несколько определений которые будем использовать в этой работе.Система линейных уравнений с n…

0.052
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам