«Жаратылыстану ғылымдары және педагогикасы» Жоғары мектебі
Лабораториялық қондырғының сипаттамасы
жүктеу/скачать 0,89 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 9 Лабораториялық жұмыс
- Құрал–жабдықтар
- Лабораториялық қондырғының сипаттамасы
- 10 Лабораториялық жұмыс Электронның меншікті зарядын магнетрон тәсілімен анықтау Жұмыстың мақсаты
- Эксперименталдық қондырғы
| Лабораториялық қондырғының сипаттамасы
Қондырғының электрлік схемасы 2– суретте көрсетілген. Бұл жердегі L – индуктивтік катушка, Р – реостат, А – амперметр, V – вольтметр. Катушканың актив кедергісін табу үшін а және б клеммаларына тұрақты ток көзі, ал катушканың толық кедергісін табу үшін дыбыстық генератор жалғанады. өзекшесі бар катушканың индуктивтігін табу үшін катушкаға болат өзекше енгізіледі. Берілген ток интервалы үшін өзекшесі бар катушканың индуктивтігінің белгілі бір орташа мәні анықталатындығын айта кеткен жөн. 2-сурет
Қондырғының электр схемасын жинап, а және б клеммаларына тұрақты ток көзін жалғаңыз. Амперметр мен вольтметр бөліктерінің құнын табыңыз. Тұрақты ток көзін электр жүйесіне қосыңыз. Реостаттың тиегін жылжыта отырып, ток күшін өзгертіңіз. Ток күші (I) мен кернеудің (U) әр түрлі үш мәнін жазып алыңыз. I ток пен U кернеудің әр жұбы үшін R кедергіні табыңыз. Үш кедергінің орташа мәні Rорт , абсолюттік қателіктер мен орт табыңыз. Схемаға дыбыстық генераторды қосыңыз. Берілген жиіліктегі айнымалы ток үшін 4 – пунктті қайталап жасаңыз (жиіліктің мәнін 20Гц (15) теңдеуді қолданып, толық кедергі z – тің үш мәнін, үш мәннің орташа мәні zорт -ны табыңыз. Абсолюттік қателіктер пен орт табыңыз. Rорт, орт және – ның табылған мәндерін (12) теңдеуіне қойып, катушканың индуктивтігі L – ді табыңыз. Абсолюттік қателік - ді есептеңіз. (17) Ток пен кернеудің арасындағы фазалардың ығысуын (8) теңдеу бойынша анықтаңыз. Катушкаға өзекше енгізіп, 6-11 пункттерді қайталап жасап шығыңыз. Тәжірибенің нәтижелерін 1 таблицаға жазыңыз.
Бақылау сұрақтары Өздік индукция құбылысы деп нені айтады? Өздік индукция коэффициентінің физикалық мағынасы қандай? Берілген жұмыстағы катушканың индуктивтігін анықтау тәсілін түсіндіріңіз. Ток пен кернеудің арасындағы фазалар ығысуын қалай анықтайды? Өткізгіштің индуктивтік кедергісі деп нені айтады? Ол қандай шамаларға байланысты? Ток күші мен кернеудің эффективтік мәндері деп нені айтады? Әдебиеттер Тобаяқов Ж Электр және магнетизм, Алматы, 1988. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2, 1974, § 15,17. Калашников С.Г. Электричество, 1977, § 57-60, 145, 149. № 9 Лабораториялық жұмыс Өшетін электр тербелістерін зерттеу Жұмыстың мақсаты: тербелмелі контурдағы өшетін тербелістерді осциллографтың көмегімен бақылау; өшетін тербелістердің периодын және басқа сипаттамаларын анықтау контурдың индуктивтігін анықтау. Құрал–жабдықтар: осциллограф, импульстар генераторы; индуктивтік катушкасы, кедергілер магазині, конденсатор. Теориядан қысқаша мәлімет Өшетін электр тербелістері тербелмелі контурда пайда болады. L индуктивтен, С сыйымдылықтан және R кедергіден тұратын электр тізбегін тербелмелі контур деп атайды. (1 – сурет). Егер контурдың конденсаторы электр импульстарымен зарядталып отыратын болса, онда осы контурда әр импульстан соң еркін өшетін тербелістер пайда болады.
Тербелмелі контур үшін біртекті емес тізбекке арналған Ом заңы былай жазылады. немесе (1) бұл жерде - конденсатордың астарларының арасындағы потенциалдар айырмасы, q конденсатордың заряды, - катушкадағы өздік индукция э.қ.к – і. (1) теңдеуді L – ге бөліп, -ны деп, ал - ны деп белгілесек, заряд үшін өшетін тербелістің дифференциалдық теңдеуін аламыз: (2) және (3) деп белгілеп алып, (2) теңдеуді былай жазуға болады: (4) Тербелмелі контурдағы энергия шығынын аз деп қарастырсақ, яғни шарты орындалса, (4) теңдеудің шешуі мынадай болады: (5) бұл жерде (6) Осы сияқты, конденсатордың кернеуі үшін өшетін тербелістің теңдеуі былай жазылады: (7) (5) және (7) теңдеулеріндегі және - тербеліс амплитудасы, ал және - бастапқы амплитуда деп аталады. Бұл теңдеулердегі -өшу көрсеткіші немесе өшу коэффициенті деп аталады. өшетін тербеліс фазасы, ал -циклдық жиілігі. Егер контурдың актив кедергісі R=0 болса, шартты орындалады. (5) және (7) теңдеулерінен контурдағы процестің тербелмелі және өшетін процесс екені айқын көрінеді: уақыт аралығында өшетін тербеліс амплитудасы e – есе азаяды. (7) теңдеуіне сәйкес өшетін тербелістің графигі 2 – суретте көрсетілген. Өшетін тербеліс графигі Тербеліс режиміндегі контур тербеліс периоды Т–мен, сапалылығы Q –мен және өшудің логорифмдік декрменті - мен сипатталады. Тербеліс периоды деп қатар екі максималдық ауытқулардың арасындағы уақыт интервалын айтады. (8) Өшуі өте аз контурлар үшін . Демек (9) Контурдағы тербеліс энергиясының қоры W–нің тербеліс фазасы бір радианға өзгеруіне кеткен уақыт аралығында контурдың жоғалтқан орташа энергиясы - ге қатынасын контурдың сапалылығы деп айтады . Контурдың өшуі өте аз болған кезде (10) Өшудің логарифмдік декременті , бір бағыттағы қатар екі ауытқудың амплитудалары қатынасының натурал логарифміне тең. (7) теңдеуінен (11) к–шы тербелістің амплитудасы. Тәжірибе жүзінде - анықтау үшін, әдетте период арқылы бөлінген амплитудалардың қатынасын алады. Бұл жағдайда . (12) Өшетін электр тербелістерін электрондық осциллографтың көмегімен бақылауға болады. Ол үшін контур конденсаторларының астарларындағы айнымалы кернеуді осциллографтың У осіне беру керек. Осциллографтың экрандағы өшетін тербелістің сызықтық мөлшерлерін өлшеу арқылы тербеліс периодын және өшу сипаттамаларын анықтауға болады. Лабораториялық қондырғының сипаттамасы Бұл жұмыста тербелістерді бақылау үшін осциллограф қолданылады. Жиілігі 50 Гц, ұзақтығы импулстарды және жиілігі колибрленген импульстарды ГИ генераторы береді. Егер К кілт 1–клеммаға қосылған болса, онда осциллографқа өшетін тербелістер сигналы барады (2 – сурет), ал К кілт 2 – клеммаға қосылған болса, онда осциллограф экранынан колибрленген импульстар көрінеді (4 – сурет). Кілт 2 – клеммаға қосылған кезде осциллографтың экранынан М калибрленген импульстарының жалпы ұзындығы l – ді өлшесек, ал кілт 1 – клеммаға қосылған кезде, осы l ұзындыққа сәйкес келетін N өшетін тербеліс санын анықтасақ, онда осы тербелістің периодын былай табуға болады. 3-сурет. Қондырғының электр схемасы 4 – сурет. Калибрленген импульстардың осциллограммасы Өшетін тербелістерді бақылау қондырғысының схемасы 3 – суретте көрсетілген. (4.13) Яғни өшетін тербеліс периоды жиілігі белгілі басқа тербеліспен салыстыру арқылы анықталады. Тербелмелі контурдың параметрлері мен қондырғы жайлы кейбір мәліметтер қондырғының жанында жазылған. Жұмыстың орындау реті 1 – жаттығу. Контурдың өздік тербелісінің периодын анықтау Қондырғының электр схемасын құрастырыңыз. Кедергілер магазиніне кедергі қойыңыз. Осциллограф пен импульстер генераторын 220 В электр жүйесіне қосыңыз. Осциллограф сәулесін экранның ортасына келтіріңіз. К кілтті 1 – клеммаға қосыңыз. Осциллографтың жиілігін Х және У өстері бойынша күшейту дәрежесін өзгерте отырып, 2 – суретте көрсетілгендей өшетін тербелістің орнықты бейнесін алыңыз. Осциллографтың жиілігін өзгертпестен, кілтті 2 – клеммаға қосыңыз. Х осінен бірнеше (М) калибрленген импульстардың ұзындығы l – ді өлшеңіз. Кілтті қайтадан 1 – клеммаға қосыңыз. l ұзындыққа сәйкес келетін өшетін тербелістердің N санын анықтаңыз. (13) теңдеуі бойынша Т периодты есептеңіз. Т – ны анықтау кезінде жіберілген қателікті мына формула бойынша есептеңіз: , (14) бұл жерде осі бойынша l ұзындыққа өлшеген кезде жіберілген қателік деп алыңыз 8. Алынған шамаларды 1 – таблицаға түсіріңіз. 1 – таблица
2 – жаттығу. Контурдағы тербелістердің өшу сипаттамаларын анықтау 1. 1 – жаттығудың 1-3 пункттерін жасап шығарыңыз. 2. 0 – ші (бастапқы) және n-ші тербелістің амплитудаларын (У осі боынша) есептеңіз. Ол үшін өлшенетін амплитуданы У осіне келтіру керек. 3. (12) формуласы бойынша өшудің логорифмдік декрементін анықтаңыз. -ны анықтау кезіндегі жіберілген қателікті (15) теңдеуі бойынша есептеңіз. Бұл жерде У осінің шкаласы бойынша есептеу кезіндегі қателік. 1- жаттығуда табылған периодтың мәні Т – ны және (10), (11) теңдеулерін пайдаланып және Q –дің мәндерін анықтаңыз. Кедергілер магазиніне кедергілерін қоя отырып, 2 – жаттығудың 1-4 пункттерін қайталап шығыңыз. Алынған шамаларды 2 таблицаға түсіндіріңіз. 2 таблица
Өшу көрсеткіші -ның кедергі R – ге байланыстылығының графигін тұрғызыңыз. Графиктен (16) теңдеуін пайдаланып, катушканың индуктивтігін анықтаңыз. Бұл жерде - кедергінің өсіндісіне сәйкес - ның өзгеруі. Бақылау сұрақтары Электр тербелістері контурда қандай құбылыстардың нәтижиесінде пайда болады тербелістер не себепті өшеді. Өшетін тербелістер үшін дифференциалдық теңдеуді және оның шешімін жазыңыз. Өшетін тербелістер теңдеуіне кіретін шамаларды түсіндіріңіз. Тербелмелі контур қандай шамалармен сипатталады? Осы шамалардың арасында қандай байланыс бар? Тәжірибе жүзінде өшудің логарифмдік декрементін және тербеліс периодын қалай анықтайды? Өшетін тербелісті қалай бақылауға (көруге) болады? Әдебиеттер Тобаяқов Ж Электр және магнетизм, Алматы, 1988. 2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2, 1974, § 15,17. 3.Калашников С.Г. Электричество, 1977, § 57-60, 145, 149. № 10 Лабораториялық жұмыс Электронның меншікті зарядын магнетрон тәсілімен анықтау Жұмыстың мақсаты: Магнетрон тәсілімен танысу. Электронның меншікті зарядын анықтау. Элементар бөлшектердің бірі электронды сипаттайтын негізгі шамалар – оның заряды мен массасы. Электронның зарядының массасына қатынасын электронның меншікті заряды деп атайды. шамасын анықтайтын бірнеше тәсілдер белгілі. Соның бірі – магнетрон тәсілі. Магнетрон деп магнит өрісінде орналасқан коаксиалды цилиндірлік диодты (екі электродтық, электрондық лампа) атайды. Бұл жағдайда өрістің бағыты цилиндірлік электродтардың есімімен бағыттас болуы қажет. (1– сурет) Магнетрон схемасы
1-сурет Суретте көрсетілгендей магнит өрісі анод (2) мен катодтың (1) осі мен бағыттас та, электр өрісі анодтың радиусы бойымен катодқа бағытталған. Демек магнетронда магнит және электр өрістері өзара перпендикуляр орналасады. Катод бөліп шығаратын электрондық қозғалысы лампаның катоды мен анодының арасындағы кеңістікте болады (2 – сурет). 2 – сурет Магнит өрісі болмағанда (В=0) электрондар электр өрісінің әсерінен катодтан анодқа қарай радиус бойымен түзу сызықты қозғалады, (2 – сурет, 1 – түзу сызық), тізбектен анодтық ток жүреді. Әлсіз магнит өрісі әсер еткен жағдайда электрондардың траекториялары өзгереді (2 – сурет, 2 – қисық сызық), бірақ әлі де электрондар түгелімен анодқа жетеді, тізбектен магнит өрісі күшейген сайын электрондардың траекториясының қисықтық радиусы кішірейе түседі де, магнит өрісінің индукциясының белгілі бір критикалық шамасында анодқа жанамалап орналасады. (2 – сурет, 3 – қисық сызық). Магнит өрісінің индукциясы критикалық шамадан үлкен болған жағдайда (B>Bкр) электрондардың траекториясы радиусы одан әрі кішірейеді де (2 – сурет, 4 – қисық сызық), электрондар анодқа жетпей катодқа қайтып оралатын болады, яғни анодтық ток нольге тең болады. Демек лампаның анодтық тогы магнит өрісінің В индукциясына тәуелді болады. 3 – суретте көрсетілген бұл тәуелділік магнетронның сипаттамасы деп аталады. Суретте көрсетілген анодтық токтың тік түсуі (3 – сурет, біртұтас сызықтар) электрондардың катодтан бірдей жылдамдықпен ұшып шыққан кезінде болады. Ua тұсында электрондардың катодтан ұшып шығу жылдамдығы әр түрлі болады да, анодтық ток біртіндеп өзгереді (3 – сурет пунктир сызықтары). Мұның себебі, әртүрлі жылдамдықтағы электрондарға, критикалық шарт, анодқа жетпей қалуы магнит өрісінің индукциясының әр түрлі мәнінде орындалады. Суреттен критикалық шама кернеу - ға байланысты екені көрінеді. Осылай модулі тұрақты және жылдамдық (магнит өрісінің индукциясына) перпендикуляр деп есептейік. Магнит өрісінде қозғалыстағы электронға Лоренц күші әсер етеді: (1) . (2) Бұл күш электронға нормаль үдеу береді. Мұндағы R – электронның шеңбер бойымен қозғалыс траекториясының радиусы, Ньютонның екінші заңы бойынша. , (3) Мұндағы , - электронның массасы мен заряды. В=Вкр болғанда шеңбердің радиусы анодтың радиусының жартысына тең болады катодтың радиусын өте кіші деп есептейміз. Rк яғни . R - дің мәнін (3) – формулаға қойсақ. (4) Электр өрісінің электронды катод пен анодтың арасында қозғағандағы eUa жұмыс электронның кинетикалық энергиясының өзгерісіне тең болады, яғни . Мұндағы электрондардың катодтан ұшып шығу жылдамдығы нольге тең деп есептегендіктен Т=0. Сонда (5) (4) және (5) теңдеулерінен (6) Бұдан е/m шамасын есептеуге болатын қатынас аламыз: (7) Демек, анодтық ток Ia - ның шамасын нольге кемітетін магнит өрісінің Вкр магнит индукциясын өлшеп алсақ, (7) – формула бойынша қатынасын анықтауға болады. Эксперименталдық қондырғы Бұл жұмыста электронның меншікті зарядын анықтау үшін диод пайдаланылады. Оның катодының радиусы Rк=0,45 мм, анодтың радиусы Rа= 5,5 мм, катод пен анодтың биіктігі l=4,38 мм. 4 – сурет Диодқа магнит өрісін тудыратын ұзындығы l = 75 мм, орам саны N=750 соленоид кигізіледі. Сонда диод соленоидтың орта шамасында, яғни магнит өрісі бір текті болатын жерінде орналасады. Диод пен соленоид мынадай электр схемасында жалғанады: Диодқа вольтметрмен өлшенетін 100В–қа дейінгі анодтық кернеу ВУП–2 приборынан беріледі. Анодтық ток миллиамперметрімен өлшенеді. R кедергісі сол ВУП – 2 приборынан алынатын катодты қыздыруға қажет 6,3 В – тың кернеуді ~ 3,15В – ке төмендетуге арналған. Соленоидқа тұрақты ток арнаулы ток көзінен беріледі. Соленоидтың тогы реостатының көмегімен өзгертіліп, Амперметрмен өлшенеді. К кілті соленоид тізбегіндегі токты ажыратуға арналған.
Электр өлшеуші прибордың классификациасын жасап, таблицаны толықтырыңыз.
Экспериментальдық қондырғының электр схемасын тексеріңіз. ВС – 4 приборын ток көзіне (220В) қосыңыз. Диодтың анодына берілетін кернеуді Ua = 30 В – қа жеткізіңіз. 2 – 3 минут күтіп, анодтық ток Iа - ның шамасын жазып алыңыз. Соленоидтың тізбегіне ток беріңіз. тәуелділігін анықтау үшін соленоидтың Iс тогын біртіндеп деп шамаларын жазып алыңыз. К кілтін ажыратыңыз. Ескерту: Диодтың электр өткізгіштігінің кемуіне байланысты анодтық кернеу де өзгереді. Сондықтан тәжірибе кезінде анодтық кернеуді тұрақты ұстап отыру қажет. Алынған нәтижелерден тәуелділігінің графигін тұрғызыңыз. Ол үшін Iс шамаларынан соленоидтың магнит өрісінің индукциясының мәндерін мына формуламен есептеп шығарыңыз. Мұндағы - магнит тұрақтысы, N мен l – соленоидтың орам саны мен ұзындығы. Графиктен магнит өрісінің индукциясының критикалық мәні Вкр – анықтаңыз: Вкр ретінде графиктегі анодтық ток тік құлай бастайтын В мәні алынады. Анықталған Вкр - ны (7) – формулаға қойып, электронның меншікті заряды е/m – ді есептеңіз. Тәжірибенің 4-10 пунктерін анодтық кернеудің Uа2 =50В және Uа3 =70В мәндерінде қайталап шығыңыз. Анықталған е/m шамаларының мәнін табыңыз. Қателікті мына формуламен анықтаңыз: мұндағы
- орта квадраттық қателік, - Стьюдент коэффициенті. Нәтижені мына түрде келтіріңіз:
Бақылау сұрақтар Магнетрон дегеніміз не? Магнетрондағы электр және магнит өрістері қалай орналасады? Магнит өрісінің индукциясының әртүрлі мәндерінде электронның траекториялары қандай болады? Анодтық магнит өрісінің индукциясы өскенде тік түспеуі неге байланысты? Берілген қондырғыда е/m шамасын анықтау дәлдігінің кемуі қандай формулаға байланысты? е/m шамасының Си мәні қандай? Әдебиеттер Тобаяқов Ж Электр және магнетизм, Алматы, 1988. 2.Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2, 1974, § 15,17. 3.Калашников С.Г. Электричество, 1977, § 57-60, 145, 149. жүктеу/скачать 0,89 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|