Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики для студентів-заочників інженерно-технічних спеціальностей НУВГП. Частина ІІ

1. Сформулювати і записати в векторній і скалярній формі закон Ампера.

2. Як визначається напрямок сили Ампера?

3. Який фізичний зміст вектора магнітної індукції; в яких одиницях він вимірюється?

4. Чому при виведенні робочої формули не враховується індукційний струм?

5. Як зміниться напрям сили Ампера при зміні напрямку струму в провіднику ab на протилежний?

 

 

Мета роботи: визначити горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі.

 

Теоретичні відомості і опис установки

Тангенс-гальванометр (рис. 1) – це вертикально розташована колова котушка, площина якої співпадає з площиною магнітного меридіана. Довжина котушки значно менша за її діаметр. В центрі котушки поміщено магнітну стрілку, що може обертатись в горизонтальній площині. Для забезпечення мінімального тертя при обертанні магнітної стрілки використовують три встановлюючі гвинти.

Електрична схема установки зображена на рис. 2. На ній К – вимикач, А – амперметр,  – джерело струму (випрямляч), R – реостат, П – перемикач.

В магнітному полі Землі горизонтально розташована магнітна стрілка тангенс-гальванометра орієнтується вздовж горизонтальної складової магнітного поля Землі. Вектор напруженості магнітного поля котушки з струмом перпендикулярний до площини котушки, а, отже, і до площини магнітного меридіана. Результуюча напруженість обох полів згідно з принципом суперпозиції (рис. 3)

 , (1)

де   – горизонтальна складова напруженості магнітного поля Землі,   – напруженість магнітного поля в центрі котушки з струмом,   – результуюча напруженість обох магнітних полів.

Напруженість магнітного поля в центрі колового струму рівна

 , (2)

де І – сила струму у витках котушки, N – число витків, r – радіус котушки.

Як видно з рис. 3 горизонтальна складова магнітного поля Землі може бути представлена через H та кут відхилення α магнітної стрілки від площини магнітного меридіана Землі

  (3)

 

Хід роботи

1. Повертаючи тангенс-гальванометр, всановити магнітну стрілку так, щоб її кінці показували «0» та «180».

2. Виставити котушку так, щоб площина її витків співпадала з площиною магнітного меридіана (магнітної стрілки).

3. За допомогою встановлюючих гвинтів виставити тангенс-гальванометр так, щоб магнітна стрілка вільно оберталась в горизонтальній площині.

4. Увімкнути вимикач В і за допомогою реостата добитись відхилення магнітної стрілки приблизно на 450 від початкового положення.

5. Зняти відліки кутів відхилення обох кінців стрілки α1 та α2.

6. Записати покази амперметра І, його приладову похибку ∆І, число витків N, похибку їх визначення ∆N, радіус котушки r та похибку ∆r.

7. При тій же силі струму перемикачем П змінити напрям струму в котушці на протилежний і зняти відліки кутів відхилення обох кінців стрілки α3 та α4 після заспокоєння стрілки.

8. Дослід по визначенню кутів відхилення магнітної стрілки α1, α2, α3 та α4 виконати не менше трьох разів, записуючи дані в таблицю.

9. Визначити приладову похибку ∆αn відліку кута.

10. Обчислити середнє значення αсер та середню абсолютну похибку ∆αсер.

11. Підставити в формулу (3) I, N, r та αсер і визначити H0.

12. Оцінити відносну похибку визначення H0 за формулою

 , (4)

де ∆I, ∆N, ∆r – приладові (паспортні) похибки, ∆α – загальна середньоквадратична випадкова та приладова похибка прямого вимірювання кута при однаковій надійності та однаковому коефіцієнті Стьюдента. Можна брати одну з цих похибок, значення якої є більшим.

13. Визначити абсолютну похибку ∆H0

  (5)

14. Записати кінцевий результат.

 

Таблиця 1

 

Контрольні запитання

1. Записати закон Біо-Савара-Лапласа.

2. Записати формулу напруженості магнітного поля в центрі колового струму і на осі соленоїда.

3. В чому полягає принцип суперпозиції для магнітних полів?

4. В яких одиницях вимірюються вектори напруженості та індукції магнітного поля?

5. Пояснити будову і принцип дії тангенс-гальванометра.

 

 

Мета роботи: визначити довжину хвилі і частоту електромагнітних коливань.

 

Теоретичні відомості і опис установки

Двопровідна лінія Лехера складається з двох неізольованих паралельних дротин, один кінець яких закінчується петлею, що індуктивно зв’язана з коливальним контуром високочастотного генератора електромагнітних коливань. Під час роботи генератора в петлі лінії індукуються високо¬частотні електро¬магнітні коливання і вдовж лінії поширюється електро¬магнітна хвиля. Вектори напруженості електричного поля   та магнітного поля   цієї хвилі здійснюють коливання у взаємно перпендикулярних площинах (рис. 1) за законом 

  (1)

де Е та Н – миттєві значення векторів напруженостей, Emax, Hmax – максимальні (амплітудні) значення векторів напруженостей електричного та магнітного полів, ω – циклічна частота електромагнітних коливань, t – час, x – координати, υ – швидкість поширення хвилі.

При накладанні прямої і відбитої хвилі в провідниках лінії утворюється стояча електромагнітна хвиля з характерними для неї максимумами та мінімумами напруги та сили струму. Відстань між двома сусідніми максимумами (пучностями) або мінімумами (вузлами) для напруги або сили струму рівна половині довжини електромагнітної