Реферат: Лабораторные работы по физике
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-23.
Изучение основных правил работы с
радиоизмерительными приборами.
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: знакомство с основными характеристиками радиоизмерительных приборов, правилами их подключения к измеряемому объекту, методикой проведения измерений и оценкой их погрешностей.
Задание №1:Измерение напряжения сигнала генератора.
Приборы: генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7.
Экспериментальная часть.
1). Установили на генераторе частоту выходного сигнала f = 5кГц, напряжение U = 2В.
Измерили вольтметром В3 выходное напряжение Ux=2В.
Погрешность измерения.
U=Ux U=(2 0,4) B.
2). Измерили вольтметром В7 выходное напряжение Ux=2,01В.
Погрешность измерения.
U=Ux U=(2,01 0,01) B.
Задание №2:Анализ формы и измерение параметров синусоидального сигнала с помощью осциллографа.
Приборы: генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7, осциллограф С1.
Экспериментальная часть.
1). Установили на генераторе Г3 напряжение U = 2В.
Измерили вольтметром В3 выходное напряжение Ux=2В; на вольтметре В7: Ux=2В.
Получили на экране осциллографа изображение:
АО=1,4 см, Х = 4 см.
Измерим амплитуду сигнала:
Показания осциллографа совпадают с показаниями вольтметров.
2). Измерили период (Т) и частоту сигнала (f):
Показания осциллографа совпадают со значением на шкале генератора.
Задание №3: Измерение частоты с помощью частотомера и осциллографа.
Приборы: генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7, осциллограф С1, частотомер Ф.
Экспериментальная часть.
1). Измерили частоту сигнала частотомером:
Погрешность измерения:
Показания генератора: fx = 5кГц.
2). Рассчитаем частоту сигнала по показаниям осциллографа:
Х = 2 см.
Показания всех приборов совпадают.
Задание №4: Измерение фаз двух синусоидальных сигналов с помощью осциллографа.
Приборы: генератор сигнала Г3, осциллограф С1, схема RC.
Экспериментальная часть.
OA = 1,9 см, ОВ = 1,7 см.
Т.к. , а — разность фаз синусоидальных
сигналов, то
Задание №5: Анализ формы и измерение параметров импульсного сигнала с помощью осциллографа.
Приборы: генератор сигнала Г5, осциллограф С1.
Экспериментальная часть.
1).Установим длительность импульсов = 500 мкс, частоту повторений fП=490Гц, амплитуду Um=1,32B
2).Получили на экране следующее изображение:
Вычислим амплитуду импульсов:
Полученный результат совпадает с показаниями вольтметра генератора.
Измерим длительность импульсов:
Измерим период и частоту повторений импульсов:
Полученные результаты приблизительно совпадают с показаниями генератора.
Вывод: на этой работе мы ознакомились с основными характеристиками радиоизмерительных приборов, правилами их подключения к измеряемому объекту, методикой проведения измерений и оценкой их погрешностей.
4
НГТУ
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-24.
Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.
Теоретическая часть.
Электростатическое поле — поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами.
Характеристиками этого поля являются напряженность и потенциал , которые связаны между собой следующим соотношением: .
В декартовой системе координат: , где единичные орты.
Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий.
Силовая линия — линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности
Эквипотенциальная поверхность — поверхность равного потенциала.
На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках — электродах электрических потенциалов.
Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:.
В декартовой системе координат оператор Лапласа: .
Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводникахединственно и дает полную информацию о структуре поля.
Экспериментальная часть.
Схема экспериментальной установки.
Методика эксперимента:
В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5).
Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 — эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания.
Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора.
Таблица 1. Зависимость потенциала от расстояния.
= (x), В | x | y | = (x), В | x | y | = (x), В | x | y | = (x), В | x | y |
-11 | 1,38 | -5 | 2,88 | 1 | 4,34 | 7 | |||||
0,14 | -10 | 1,62 | -4 | 3,13 | 2 | 4,57 | 8 | ||||
0,37 | -9 | 1,88 | -3 | 3,40 | 3 | 4,8 | 9 | ||||
0,62 | -8 | 2,14 | -2 | 3,65 | 4 | 4,99 | 10 | ||||
0,82 | -7 | 2,37 | -1 | 3,88 | 5 | 4,99 | 11 | ||||
0,1 | -6 | 2,64 | 4,10 | 6 |
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
= (x), В | x | y | = (x), В | x | y | = (x), В | x | y | = (x), В | x | y |
1 | -5,7 | 9 | 2 | -1,6 | 9 | 3 | 2,6 | 9 | 4 | 6,6 | 9 |
1 | -5,8 | 6 | 2 | -1,5 | 6 | 3 | 2,5 | 6 | 4 | 6,4 | 6 |
1 | -5,7 | 3 | 2 | -1,5 | 2 | 3 | 2,5 | 3 | 4 | 6,5 | 3 |
1 | -5,7 | 2 | -1,5 | 3 | 2,5 | 4 | 6,5 | ||||
1 | -5,7 | -3 | 2 | -1,5 | -3 | 3 | 2,6 | -3 | 4 | 6,5 | -3 |
1 | -5,7 | -6 | 2 | -1,5 | -6 | 3 | 2,6 | -6 | 4 | 6,5 | -6 |
1 | -5,8 | -9 | 2 | -1,5 | -9 | 3 | 2,6 | -9 | 4 | 6,5 | -9 |
Обработка результатов измерений.
1). График зависимости .
2). Зависимость .
при x
при
при x>x2
3). Погрешность измерения Е:
.
Е = (Е Е) = (25 0,15)
4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора
5). Задача №1.
6).Задача №2.
;
Задание №2. Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора.
Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см
Таблица 3. Зависимость
r), В | r, см | r), В | r, см |
0,06 | 2,84 | 6 | |
0,05 | 1 | 3,65 | 7 |
0,05 | 2 | 4,32 | 8 |
0,05 | 3 | 4,85 | 9 |
0,82 | 4 | 4,86 | 10 |
1,96 | 5 |
Таблица 4. Эквипотенциальные линии.
(x,y) | x | y | (x,y) | x | y | (x,y) | x | y | (x,y) | x | y |
1 | 4 | 2 | 4,9 | 3 | 6,2 | 4 | 7,4 | ||||
1 | 3,5 | 2 | 2 | 4,6 | 2 | 3 | 5,5 | 3 | 4 | 6,9 | 3 |
1 | 2,6 | 3 | 2 | 3 | 4 | 3 | 3,6 | 5 | 4 | 4,5 | 6 |
1 | 3,9 | 2 | 5 | 3 | 6,2 | 4 | 7,6 | ||||
1 | -2,6 | 3 | 2 | -3,1 | 4 | 3 | -3,7 | 5 | 4 | -7 | 3 |
1 | -3,6 | 2 | 2 | -4,7 | 2 | 3 | -5,5 | 3 | 4 | -4,7 | 6 |
1 | -4,2 | 2 | -5,1 | 3 | -6,3 | 4 | -7,6 | ||||
1 | -3,7 | -2 | 2 | -4,8 | -2 | 3 | -5,3 | -3 | 4 | -6,8 | -3 |
1 | -2,9 | -3 | 2 | -3,2 | -4 | 3 | -3,6 | -5 | 4 | -4 | -6 |
1 | -4 | 2 | -5,1 | 3 | -6,2 | 4 | -7,5 | ||||
1 | 2,8 | -3 | 2 | -3 | -4 | 3 | 3,6 | -5 | 4 | 4,1 | -6 |
1 | 3,6 | -2 | 2 | -4,7 | -2 | 3 | 5,5 | -3 | 4 | 7 | -3 |
1). График зависимости r)
2).График зависимости ln r)
3). График зависимости E = E (r).
4). График зависимости E = E (1/r).
5). Эквипотенциальные линии.
6). Расчет линейной плотности на электроде.
7). Задача №1.
L = 1м
8). Задача №2.
r1 = 5см, r2 = 8см, l = 0,1м
Задание №3. Исследование электростатического поля вокруг проводников.
Таблица №5.
(x,y) | x | y | (x,y) | x | y | (x,y) | x | y | (x,y) | x | y |
1 | -3,6 | 8 | 2 | 0,8 | 8 | 3 | 5,9 | 9 | 4 | 7,2 | 3 |
1 | -3,7 | 7 | 2 | 0,7 | 7 | 3 | 5,7 | 8 | 4 | 5,9 | 2 |
1 | -3,7 | 6 | 2 | 0,5 | 6 | 3 | 5,2 | 7 | 4 | 5,4 | 1 |
1 | -4 | 5 | 2 | 0,3 | 5 | 3 | 4,7 | 6 | 4 | 5,2 | |
1 | -4,7 | 4 | 2 | 0,2 | 4 | 3 | 4,4 | 5 | 4 | 5,4 | -1 |
1 | -5 | 3 | 2 | 0,1 | 3 | 3 | 4,1 | 4 | 4 | 6,2 | -2 |
1 | -5,2 | 2 | 2 | 0,6 | -3 | 3 | 3,9 | 3 | 4 | 7,6 | -3 |
1 | -5,2 | 1 | 2 | 0,7 | -4 | 3 | 3,8 | 2 | |||
1 | -5 | 2 | 1 | -5 | 3 | 4,1 | -2 | ||||
1 | -4,9 | -1 | 2 | 1,2 | -6 | 3 | 4,4 | -3 | |||
1 | -4,7 | -2 | 2 | 1,4 | -7 | 3 | 4,8 | -4 | |||
1 | -4,4 | -3 | 2 | 1,5 | -8 | 3 | 5,5 | -5 | |||
1 | -4,2 | -4 | 2 | 1,6 | -9 | 3 | 6 | -6 | |||
1 | -4 | -5 | 3 | 6,7 | -7 | ||||||
1 | -3,7 | -6 | 3 | 7,3 | -8 | ||||||
1 | -3,6 | -7 | 3 | 7,7 | -9 |
1). Потенциал на электродах: пластинке и втулке постоянен, то есть они являются эквипотенциальными поверхностями. Внутри полости потенциал также постоянен.
Таблица 6.
(x,y) | x | y |
1,97 | -3 | |
1,95 | 3 | |
1,96 | 2 | -1 |
1,95 | -3 | -2 |
1,95 | ||
1,96 | -1 |
2). Распределение потенциала вдоль линии, охватывающей пластинку и расположенной на расстоянии
L = 3 мм от её края.
Таблица 7.
(x,y) | x | y |
3,05 | 4 | |
1,2 | -4,2 | |
1,92 | -2,5 | |
1,99 | 2 | |
1,5 | -3 | 2,1 |
1,31 | -3 | -3 |
2,23 | 2 | -2 |
2,3 | 2 | 15 |
3).Эквипотенциальные линии.
4). Определение средней напряженности поля в нескольких точках вдоль силовой линии.
.
а).
б).
в).
5). , .
Таблица 8.
X, см | y, см | , Кл/м2 | E, В/м | , Дж/м3 |
4 | 3,2410-9 | 366,6 | 5,9510-7 | |
-4,2 | 2,2110-9 | 250 | 2,7710-7 | |
-5 | 8,8510-11 | 10 | 4,4310-10 | |
2 | 1,1810-10 | 13,3 | 7,8210-10 | |
-3 | 2,7 | 1,3310-9 | 150 | 9,9610-8 |
-3 | -3 | 1,910-9 | 213 | 2,0010-7 |
2 | -2 | 8,2310-10 | 93 | 3,8010-8 |
2 | 1,5 | 1,0210-9 | 116 | 5,9510-8 |
Вывод.В ходе работы получены картины силовых и эквипотенциальных линий плоском и цилиндрическом конденсаторах, а также вокруг проводника, помещенного в электростатическое поле. Установлено, что проводники и полости внутри них в электростатическом поле являются эквипотенциальными поверхностями.
В плоском конденсаторе поле сосредоточено между пластинами, оно является однородным, а потенциал изменяется линейно.
В цилиндрическом конденсаторе поле также сосредоточено между пластинами, его напряженность обратно пропорциональна расстоянию от оси конденсатора до точки измерения. Потенциал изменяется логарифмически.
Поток вектора напряженности поля через коаксиальные с электродами цилиндрические поверхности постоянен, что совпадает с теоретическими предположениями (теорема Гаусса).
11
НГТУ
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике № 2-26.
Исследования магнитных полей в веществе.
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: получение зависимостей индукции магнитного поля, намагниченности и магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля; наблюдение петли гистерезиса для различных ферромагнетиков; изучение магнитных цепей.
Практическая ценность работы: экспериментально изучаются важнейшие свойства ферромагнетиков наличных марок: НМ 3000, НМ 600, ППГ (прямоугольная петля гистерезиса).
Теоретическая часть.
Опыт 1.Снятие основной кривой намагничивания (ОКН) ферромагнетика.
Схема экспериментальной установки.
Cобрали цепь по схеме, показанной на РИС. 1. Для этого вольтметры V1 и V2 подключили к клеммам A-B и С-D — на верхней крышке макета соответственно. Переключатель К поставили в позицию 1. При этом исследовали трансформатор, кольцевой сердечник которого выполнен из ферита марки НМ 600, сопротивление R0=1 Ом. Таким образом, показания вольтметров численно равны: V1 — эффективному значению тока, текущего в текущей обмотке исследуемого трансформатора; V2 — эффективному значению ЭДС во вторичной обмотке. С помощью движка потенциометра R установили ток равный 0,5 А и плавно уменьшили его до нуля. Сняли показания вольтметров V1 и V2.
Данные для расчетов:
Используемые формулы:
Таблица № 1. Результаты расчетов.
№ | U1, В | 2, В | Im, А | m, В | Hm,А/м | Вm102,Тл | Jm10-3, А/м | 102 |
1 | 0,04 | 0,01 | 0,06 | 0,02 | 3,75 | 0,1 | 0,78 | 2,1 |
2 | 0,10 | 0,18 | 0,14 | 0,25 | 8,75 | 1,6 | 12,77 | 14,6 |
3 | 0,14 | 0,34 | 0,20 | 0,48 | 12,50 | 3,1 | 24,61 | 19,7 |
4 | 0,21 | 0,73 | 0,30 | 1,03 | 18,75 | 6,6 | 52,50 | 28,0 |
5 | 0,29 | 1,13 | 0,41 | 1,60 | 25,63 | 10,2 | 81,25 | 31,7 |
6 | 0,36 | 1,42 | 0,51 | 2,01 | 31,88 | 12,8 | 102,02 | 32,0 |
7 | 0,40 | 1,57 | 0,57 | 2,22 | 35,63 | 14,1 | 112,23 | 31,5 |
8 | 0,48 | 1,79 | 0,68 | 2,53 | 42,50 | 16,1 | 127,93 | 30,1 |
9 | 0,54 | 1,91 | 0,76 | 2,70 | 47,50 | 17,2 | 136,80 | 28,8 |
10 | 0,59 | 1,99 | 0,83 | 2,81 | 51,86 | 17,9 | 142,62 | 27,5 |
11 | 0,65 | 2,10 | 0,92 | 2,97 | 57,50 | 18,9 | 150,08 | 26,1 |
12 | 0,70 | 2,14 | 0,99 | 3,03 | 61,88 | 19,3 | 153,46 | 24,8 |
13 | 0,76 | 2,22 | 1,07 | 3,14 | 66,88 | 20,0 | 159,17 | 23,8 |
14 | 0,84 | 2,29 | 1,19 | 3,24 | 74,38 | 20,6 | 164,38 | 22,1 |
15 | 0,90 | 2,33 | 1,27 | 3,30 | 79,38 | 21,0 | 167,49 | 21,1 |
16 | 0,95 | 2,36 | 1,34 | 3,34 | 83,75 | 21,3 | 169,18 | 20,2 |
17 | 1,00 | 2,40 | 1,41 | 3,39 | 88,13 | 21,6 | 171,85 | 19,5 |
Опыт 2.Наблюдение петли гистерезиса.
Для изготовления постоянного магнита лучше использовать ППГ, так как его коэрцитивная сила больше, чем у НМ-3000, а поэтому его сложней размагнитить.
Для изготовления сердечника силового трансформатора лучше взять ферромагнетик с меньшей коэрцитивной силой, чтобы снизить затраты на его перемагничивание.
Опыт 3.Исследование сердечника с зазором.
Графики.
График зависимости В=В(Н) График зависимости =(Н)
График зависимости J=J(H)
Вывод: на этой работе мы получили зависимости индукции магнитного поля, намагниченности и магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля; наблюдали за петлей гистерезиса для различных ферромагнетиков; изучили магнитные цепи.
4
НГТУ
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-27.
Исследование электрических колебаний.
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: экспериментальное исследование собственных и вынужденных колебаний тока и напряжения на элементах в колебательном контуре; измерение параметров контура: индуктивности L,сопротивления R, добротности Q; исследование прохождения синусоидального тока через LCR-цепь.
Теоретическая часть.
Рисунок 1.
Уравнение, которому удовлетворяет ток I в колебательном контуре (рис.1) с подключенным к нему генератором синусоидальной ЭДС =cost имеет вид: (1)
где:
— коэффициент затухания.
— собственная круговая частота, R — сопротивление резистора, L — индуктивность катушки, С — емкость конденсатора, ; 0, — амплитуда и круговая частота синусоидальной ЭДС.
Общее решение неоднородного линейного уравнения (1):
(2)
где: — круговая частота собственных затухающих колебаний тока.
и — начальные амплитуда и фаза собственных колебаний.
I0 — амплитуда вынужденных колебаний тока.
— разность фаз между ЭДС и током.
(3)
(4)
— импеданс цепи.
— индуктивное сопротивление, — емкостное сопротивление.
Собственные колебания:
Если 2 02, то есть R, то — действительная и собственная частота колебаний представляет собой квазипериодический процесс с круговой частотой , , периодом , и затухающей амплитудой (рис 1).
За характерное время ( — время релаксации) амплитуда тока уменьшается в е раз, то есть эти колебания практически затухают.
— добротность контура.
Если 2 02, то — мнимая частота, и колебания представляют собой апериодический процесс.
— критическое сопротивление.
Вынужденные колебания: c течением времени первый член в формуле (2) обращается в ноль и остается только второй, описывающий вынужденные колебания тока в контуре.
— амплитуда вынужденных колебаний напряжения на резисторе R.
При совпадении частоты ЭДС с собственной частотой контура (0), амплитуды колебаний тока и напряжения UR0 на резисторе максимальны. Большой селективный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие называется резонансом.
Экспериментальная часть.
Результаты эксперимента:
№ | f, кГц | ЭФ, мВ | UR ЭФ, мВ | a | b | 10-4 | |
1 | 180 | 200 | 24 | 4,0 | 3,4 | 1,2 | 58 |
2 | 190 | 190 | 32 | 5,2 | 4,0 | 1,7 | 51 |
3 | 195 | 185 | 38 | 6,0 | 4,3 | 2,0 | 48 |
4 | 200 | 180 | 45 | 2,8 | 2,0 | 2,5 | 46 |
5 | 205 | 170 | 54 | 3,2 | 2,0 | 3,2 | 38 |
6 | 210 | 155 | 63 | 3,8 | 2,0 | 4,1 | 32 |
7 | 215 | 142 | 72 | 4,2 | 1,0 | 5,1 | 14 |
8 | 218 | 138 | 75 | 4,4 | 0,0 | 5,4 | |
9 | 220 | 135 | 76 | 4,3 | 0,5 | 5,6 | 6 |
10 | 225 | 140 | 73 | 4,2 | 1,8 | 5,2 | 25 |
11 | 230 | 150 | 65 | 3,8 | 2,6 | 4,3 | 43 |
12 | 235 | 165 | 56 | 3,5 | 2,6 | 3,4 | 48 |
13 | 240 | 175 | 48 | 3,0 | 2,7 | 2,7 | 64 |
14 | 250 | 180 | 36 | 2,2 | 2,1 | 2,0 | 76 |
15 | 260 | 195 | 28 | 1,8 | 1,7 | 1,4 | 90 |
16 | 270 | 200 | 22 | 1,6 | 1,6 | 1,1 | 90 |
17 | 280 | 200 | 18 | 1,3 | 1,3 | 0,9 | 90 |
18 | 290 | 200 | 15 | 1,0 | 1,0 | 0,8 | 90 |
19 | 300 | 205 | 12 | 1,0 | 1,0 | 0,6 | 90 |
Задание 1. Исследование зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты (резонансная кривая).
Исходные данные:Uвых=200 мВ, ЭФ=200 мВ. f[180;300] кГц.
Расчеты необходимых величин:
f 0= 220 кГц — частота резонанса.
Строим график зависимости
, где 1 и 2 — значения частот на уровне
Из экспериментального графика видно, что он по своей форме совпадает с графиком, полученным теоретически из формулы:
Исследование зависимости разности фаз между ЭДС и током в контуре.
Из экспериментального графика =F(f) получаем: f 0=218 кГц.
Сравнивая полученные результаты с результатами из предыдущего опыта видно, что различие в величинах 0и L незначительны.
Можно сделать вывод, что при резонансной частоте XLXC и величина импеданса цепи минимальна.
Рисунок 2.
Задание 2.Исследование собственных электрических колебаний.
На данном рисунке представлена форма затухающих колебаний напряжения UC на конденсаторе, полученная с помощью осциллографа. Изображение совпадает с теоретическим графиком.
Из графика: Т=22,410-6с — период колебаний.
=23,810-6с — время релаксации.
Задание 3.Исследование прохождения синусоидального тока через LCR — цепь
.
f, кГц | UВЫХЭФ,10-3В | U0ВЫХ,10-3В |
150 | 41 | 56 |
160 | 33 | 46 |
170 | 27 | 38 |
180 | 22 | 31 |
190 | 14 | 19 |
200 | 9 | 13 |
205 | 6 | 8 |
210 | 3 | 4 |
215 | 1 | 2 |
218 | ||
220 | ||
225 | 1 | 2 |
230 | 2 | 3 |
235 | 4 | 6 |
240 | 5 | 7 |
250 | 9 | 13 |
260 | 13 | 18 |
270 | 17 | 24 |
280 | 22 | 31 |
290 | 25 | 35 |
300 | 30 | 42 |
Построим график U0ВЫХ =F(f). Резонансная частота из графика равна: f0=220 кГц.
При этом импеданс цепи является бесконечно большим и ток в цепи не протекает.
R=50 Ом, f=2 МГц.
Погрешности измерений.
Задание 1.
1) Погрешностьf0:f определяли на частотомере
2) Погрешность L:
3) Погрешность Q:
4) Погрешность R:
R =5% R=3,1Ом
5) Погрешность XL:
6) Погрешность XC:
7) Погрешность :
Вывод: на этой работе мы экспериментально исследовали собственные и вынужденные колебания тока и напряжения на элементах в колебательном контуре; измерили параметры контура: индуктивности L,сопротивления R, добротности Q; исследовали прохождение синусоидального тока через LCR-цепь.
8
НГТУ
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-28.
Экспериментальные исследования электромагнитной индукции.
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: экспериментальное исследование зависимости ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле, измерение взаимнойиндуктивности двух индуктивно связанных катушек, индуктивности одной из них, исследование зависимости поля от времени в RL-цепи при переходных процессах.
Теоретическая часть.
Схема экспериментальной установки.
Опыт 1.Исследование электромагнитной индукции, взаимоиндукции, самоиндукции.
f=200 Гц, U=8 В — на генераторе, Uv1= 8 В — эффективное.
(угол между катушками)=0.
Снимаем значения с L1 и L2:
U (L1)=0,19 В, U (L2)=0,04 В, на осциллографе получаем:
Развертка 2 мс/см.
Um=
Гц.
Опыт 2.Исследование зависимости ЭДС индукции (взаимоиндукции) от частоты (скорости) изменения магнитного поля.
F[200, 2000] Гц; f=200 Гц; Uэффект=8 В.
;
f, Гц | 200 | 400 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | 1400 | 1600 | 1800 | 2000 |
2,B | 0,04 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,27 | 0,32 | 0,37 | 0,43 | 0,49 | 0,54 |
21(f=400 Гц)=;
Расчет погрешности:
Опыт 3.Исследование зависимости ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле.
f=2000 Гц; [0;180]; = 15;
| 15 | 30 | 45 | 60 | 75 | 90 | 105 | 120 | 135 | 150 | 165 | 180 |
2(ЭФ),В | 0,55 | 0,51 | 0,43 | 0,33 | 0,23 | 0,08 | 0,08 | 0,20 | 0,30 | 0,42 | 0,50 | 0,55 |
2(ТЕОР),В | 0,49 | 0,47 | 0,42 | 0,35 | 0,24 | 0,12 | -0,12 | -0,24 | -0,35 | -0,42 | -0,47 | -0,49 |
Опыт 4.Исследование зависимости ЭДС самоиндукции от частоты синусоидального сигнала.
f[500;2000] Гц; f=250 Гц, R1=16000 Ом.
f, Гц | 500 | 750 | 1000 | 1250 | 1500 | 1750 | 2000 |
1ЭФ, В | 0,50 | 0,74 | 0,99 | 1,22 | 1,49 | 1,73 | 1,98 |
XL, Ом | 707,34 | 1046,86 | 1400,53 | 1725,91 | 2107,87 | 2447,39 | 2801,06 |
Расчет погрешностей:
Опыт 5.Исследование переходных процессов в LR -цепи.
U=1 мс, f=100 Гц, U0=3 B.
Вывод: Экспериментально исследовали зависимость ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле, измерили взаимную индуктивность двух индуктивно связанных катушек и нашли индуктивность одной из них. Исследовали зависимость тока от времени в LR-цепи при переходных процессах.
4
НГТУ
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-30.
Экспериментальные исследования диэлектрических
свойств материалов.
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических свойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрических свойств материалов.
Теоретическая часть:
Схема экспериментальной установки.
В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) и PV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной d=2 мм).Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель SA в положение 1. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем по вольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину, измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов с диэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.
Напряженность поля между пластинами в вакууме Е0вычисляется по формуле: где При внесении пластины в это поле диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью . Эти заряды создают в диэлектрике поле , направленное против внешнего поля , и имеет величину: . Результирующее поле: . В электрическом поле вектор поляризации:, где — диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектора поляризации с плотностью связанных зарядов: . относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции . Этот вектор определяется только свободными зарядами и вычисляется как . В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет. Вектор D связан с вектором Е следующим соотношением .
Экспериментальная часть:
В данной работе используются формулы: , где S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между ними. Диэлектрическая проницаемость материала: . Для емкости конденсатора имеем: , где U1 — напряжение на RC цепи, U2 — напряжение на сопротивлении R, f — частота переменного сигнала. В плоском конденсаторе напряженность связана с напряжением U1 как:
Опыт №1.Измерение диэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов.
U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.
Материал | U2, мВ |
Воздух | 40 |
Стеклотекстолит | 97 |
Фторопласт | 61 |
Гетинакс | 89 |
Оргстекло | 76 |
СВ =176 пкФ; ССТ =429 пкФ;
СФП=270 пкФ; СГН=393 пкФ; СОС=336 пкФ;
; ;
; ;
Для гетинакса подсчитаем:
;
; ;
; ;
; ;
;
Расчет погрешностей:
;;;
;
;
(так как ).
;
Опыт № 2. Исследование зависимости = f(E).
R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.
U1, В | U2, В (воздух) | U2, В (гетинакс) | С0, пкФ | С, пкФ | Е, В/м | |
1 | 0,009 | 0,019 | 200 | 420 | 500 | 2,10 |
2 | 0,016 | 0,036 | 177 | 398 | 1000 | 2,24 |
3 | 0,025 | 0,052 | 184 | 387 | 1500 | 2,09 |
4 | 0,031 | 0,070 | 171 | 384 | 2000 | 2,26 |
5 | 0,039 | 0,086 | 172 | 380 | 2500 | 2,21 |
График зависимости = f(E) — приблизительно прямая, так как диэлектрическая проницаемость не зависит от внешнего поля.
Опыт № 3.Исследование зависимости диэлектрической проницаемости среды от частоты внешнего поля.
U1= 5В, R=120Ом.
f, кГц | U2, В (воздух) | U2, В (гетинакс) | ХС, кОм (гетинакс) | С0, пкФ | С, пкФ | |
20 | 0,015 | 0,030 | 20,0 | 199 | 398 | 2,00 |
40 | 0,029 | 0,059 | 10,2 | 192 | 391 | 2,04 |
60 | 0,041 | 0,089 | 6,7 | 181 | 393 | 2,07 |
80 | 0,051 | 0,115 | 5,2 | 169 | 381 | 2,25 |
100 | 0,068 | 0,146 | 4,1 | 180 | 387 | 2,15 |
120 | 0,078 | 0,171 | 3,5 | 172 | 378 | 2,18 |
140 | 0,090 | 0,197 | 3,0 | 181 | 373 | 2,18 |
160 | 0,101 | 0,223 | 2,7 | 167 | 370 | 2,21 |
180 | 0,115 | 0,254 | 2,4 | 169 | 374 | 2,21 |
200 | 0,125 | 0,281 | 2,2 | 166 | 372 | 2,24 |
По графику зависимости = F(f) видно, что диэлектрическая проницаемость среды не зависит от частоты внешнего поля. График зависимости ХС=F(1/f) подтверждает, что емкостное сопротивление зависит от 1/f прямо пропорционально.
Опыт № 4. Исследование зависимости емкости конденсатора от угла перекрытия диэлектрика верхней пластиной.
U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м, r=0,06м, n=18.
,0 | U2, В | С, пкФ | Стеор, пкФ |
0,039 | 172 | 150 | |
10 | 0,048 | 212 | 181 |
20 | 0,056 | 248 | 212 |
30 | 0,063 | 279 | 243 |
40 | 0,072 | 318 | 273 |
50 | 0,080 | 354 | 304 |
60 | 0,089 | 393 | 335 |
Опыт № 5. Измерение толщины диэлектрической прокладки.
U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц.
Схема конденсатора с частичным заполнением диэлектриком.
U2 (стеклотекстолит тонкий)=0,051В,
U2 (стеклотекстолит толстый)=0,093В,
U2 (воздух)=0,039В.
С0 =172пкФ — без диэлектрика;
С1 = 411пкФ — стеклотекстолит толстый;
С1 = 225пкФ — стеклотекстолит тонкий.
; ; ; ;
; ; ;
Вывод: На этой работе мы определили диэлектрическую проницаемость и поляризационные характеристики различных диэлектриков, изучили электрические свойства полей, в них исследовали линейность и дисперсность диэлектрических свойств материалов.
6