ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

     1.Поясните механизм образования электронной и дырочной проводимости полупроводников.

     2.Как образуется р-n-переход? Каковы его свойства?

     3.Поясните ход вольтамперной характеристики полупровод-никового диода?

4.Начертите схему цепи однополупериодного и двух-полупериодного выпрямителя переменного тока с применением диодов.

Р А Б О Т А № 8

ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Цель работы: исследование зависимости термоЭДС от разности температур спаев (градуировка термопары); измерение температуры некоторых тел.

     Приборы и принадлежности: термопара, гальванометр, сосуд Дюара, нагреватель, сосуд с жидкостью, два термометра, ключ, соединительные провода.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

     Итальянский физик: А. Вольта в конце ХVIII века экспериментально установил, что при тесном соприкосновении (контакте) двух разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов. Ее называют контактной разностью потенциалов. Вольта выявил также ряд металлов (ряд Вольты), в котором каждый предыдущий металл при контакте с одним из последующих приобретает положительный потенциал. В ряду Вольты, дополненном алюминием, металлы расположены в таком порядке:

Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd.

     В результате этих исследований Вольта установил следующие два закона:

     1. Контактная разность потенциалов двух металлов зависит только от их химического состава и температуры.

     2. Разность потенциалов между концами разомкнутой цепи, составленной из нескольких последовательно соединенных металлических проводников, имеющих одинаковую температуру, не зависит от промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном контакте концевых проводников.

     Под тесным соприкосновением подразумевается сближение поверхностей металлов на расстояние порядка размера ячейки кристаллической решетки, что может быть обеспечено, например, путем сварки или спайки металлов.

     Для выяснения причины возникновения контактной разности потенциалов обратимся к основам зонной теории проводимости металлов. Как известно, взаимодействие атомов в твердом теле приводит к расщеплению каждого их энергетического уровня и образованию зон. Электроны распределяются по уровням в соответствии с принципом Паули: на одном уровне располагаются два электрона с противоположными спинами. Заполнение энергетических уровней электронами металла при Т=0 показано схематически на рис.1, где W_макс. - энергия электрона, находящегося на самом высоком энергетическом уровне. Энергию W_макс.- называют энергией Ферми(W_F), а соответствующий этой энергии уровень - уровнем Ферми. При Т> 0 тепловое движение сообщает электронам энергию, достаточную для перехода на соседние более высокие энергетические уровни. Но ниже уровня Ферми все уровни заняты, следовательно, на соседние, более высокие и свободные уровни, могут перейти только те электроны, которые находятся вблизи уровня Ферми. Граничный уровень Ферми в этом случае несколько “размывается”. Однако число электронов, способных изменить энергию при нагревании металлов, мало по сравнению с их общим числом, так как W_макс и средняя энергия электронов изменяется незначительно.

     Для описания явления возникновения контактной разности потенциалов удобно представить энергетическое состояние электронов в металле в виде так называемой потенциальной ямы (рис. 2).

Электрон, находящийся внутри металла и притягивающийся к положительным ионам кристаллической решетки, обладает потенциальной энергией (энергия притяжения отрицательна). Вне проводника на достаточно большом расстоянии от него потенциальная энергия электрона равна нулю. На нижних энергетических уровнях располагаются по два электрона с противоположными направлениями спинов. Самый верхний из заполненных – это уровень Ферми, нижний – дно потенциальной ямы, W₀ – это потенциальная энергия электрона в металле. Для выхода из металла различным электронам требуется различная дополнительная энергия. Электронам с наибольшей кинетической энергией, т.е. электронам, находящимся на уровне Ферми, для выхода за пределы металла требуется наименьшая дополнительная энергия А. Величину А называют работой выхода электрона из металла. При обычных температурах положение уровня Ферми W_F в металлах (как было указано выше) слабо зависит от температуры, поэтому работу выхода А в металлах можно считать не зависящей от температуры.

     При контакте двух металлов возникает поток электронов из металла, где их энергия больше, в металл с меньшей энергией электронов. В результате первый заряжается положительно, второй – отрицательно. Между металлами устанавливается так называемая внутренняя контактная разность потенциалов. Созданное ею поле препятствует дальнейшему переходу электронов из первого металла во второй. Устанавливается динамическое равновесие.

     Рассмотрим энергетические диаграммы (потенциальные ямы) двух металлов 1 и 2 (рис.3) до (а) и после (б) соприкосновения.

После соприкосновения и установления равновесия электроны в 1 и 2 металле, как доказывается в курсе теоретической физики, имеют одинаковую максимальную энергию W_F. При этом работы выхода А₁ и А₂, являющиеся константами металлов, не изменяются, так что внешние нулевые уровни 0 окажутся на разной высоте.

Это означает возникновение внешней контактной разности, которую и открыл Вольта:

                                         (1)

     Из (1) легко получить закон Вольты, согласно которому на концах цепи из нескольких последовательно соединенных металлов контактная разность потенциалов зависит только от крайних металлов:

                    (2)

При замыкании цепи общая контактная разность потенциалов равна нулю:

                         (3)

Аналогично (2) можно записать закон Вольты для внутренней контактной разности потенциалов:

                                             (4)

     Заметим, что внутренняя контактная разность потенциалов устанавливается между точками, находящимися внутри соприкасающихся металлов, а внешняя – между точками пространства вблизи поверхности металлов.

     Наличие разности потенциалов между соприкасающимися металлами обуславливает так называемые термоэлектрические явления. К ним относятся явления Пельтье, Зеебека и Томсона.

Явление Пельтье заключается в выделении дополнительного тепла (к теплу  Джоуля-Ленца)  в месте контакта металлов при прохождении электрического тока. В результате этого контакт (спай) либо нагревается, либо охлаждается в зависимости от направления тока. Если ток направлен так, что контактное поле, созданное внутренней контактной разностью потенциалов, ускоряет направленное движение электронов, спай будет нагреваться за счет дополнительной энергии, полученной ионами решетки от ускоренных электронов. При противоположном направлении тока контактное поле тормозит движение электронов. Взаимодействие этих замедленных электронов с ионами решетки приводит к потере энергии ионов решетки и спай охлаждается.

Явление Зеебека заключается в возникновении ЭДС в замкнутой цепи из двух и большего числа разнородных металлов при наличии разности температур между спаями. Эту ЭДС называют термоэлектродвижущей силой. Причиной возникновения термоЭДС является зависимость контактной разности потенциалов от температуры: с изменением температуры одного спая относительно других изменяется внутренняя контактная разность потенциалов этого спая, равенство (4) нарушается и сумма внутренних контактных разностей потенциалов становится не равной нулю (Dj_i¹ 0). Эта сумма Dj _i  и равна термоЭДС:              Dj _i= e .

     Изменение внутренней контактной разности потенциалов с температурой объясняется некоторой зависимостью энергии Ферми W_F от температуры, о чем говорилось выше.

     Значение термоЭДС для цепи из двух спаев (термопары) зависит от разности температур спаев термопары (рис.4):

e = c (t₂-t₁).

где коэффициент c определяется свойствами соприкасающихся металлов.

Кроме того, она зависит от абсолютного значения температур металлов. Величину "c" часто называют удельной термоЭДС. Для большинства пар металлов c » 10^-5 В/К. Поэтому при разности температур в несколько десятков Кельвинов значение e невелико, но может быть измерено достаточно точно.

     Явление Томсона заключается в выделении или поглощении дополнительного количества теплоты в однородном проводнике при наличии в нем градиента температуры. Это явление объясняется также наличием неоднородных металлов в цепи, на контактах которых возникает разность потенциалов, обуславливающая дополнительное нагревание или охлаждение контактов. Явление Томсона можно рассматривать как явление Пельтье в одном металле с температурной неоднородностью.

     Термоэлектрические явления находят широкое применение на практике. Например, с помощью контактов различных металлов (термопар) измеряют температуру тел малых объемов с высокой точностью. Термоэлектрические эффекты особенно сильно проявляются в контактах полупроводников. В таких спаях за счет явления Пельтье можно получить охлаждение до -80 °С и использовать такие малогабаритные полупроводниковые источники “холода” для различных хирургических и биологических целей.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

     В данной работе предлагается исследовать зависимость термоЭДС термопары от разности температур спаев. Схема установки используемой электрической цепи представлена на рис. 5

Термопара состоит из двух разнородных металлических проводов, спаянных в двух местах 1 и 2. Спай 1, например, помещается в сосуд с известной неизменной температурой Т₁, а спай 2 - в сосуд с жидкостью, температуру которой Т₂ можно изменить при нагревании или охлаждении. Возникающую термоЭДС измеряют с помощью милливольтметра.

УПРАЖНЕНИЯ И ПОРЯДОК ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ.

1. Собрать установку согласно схеме, представленной на рис. 5.

2. Поместить спаи термопары в сосуды и замкнуть цепь.

3. Зафиксировать тот факт, что при разности температур спаев Δt=0 указатель милливольтметра стоит на нуле, т.е. термоЭДС равна нулю.

4. Включить электрический нагреватель жидкости в сосуде.

5.При повышении температуры жидкости через каждые пять градусов снять показания милливольтметра и занести в таблицу.

     6. Построить график зависимости ε=f(Δt) т.е. градуировочную кривую термопары, и указать на графике погрешность измерения термоЭДС.

t₁=

     7. Используя полученную градуировочную кривую, произвести измерения температур некоторых тел (по указанию преподавателя).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется контактной разностью потенциала?

2. Поясните причины - возникновения внешней и внутренней контактных разностей потенциалов.

3. Что называется работой выхода электрона и энергией Ферми?

4. Сформулируйте закон Вольты.

5. Поясните природу термоэлектрических явлений.

6. Что такое термоЭДС? От чего она зависит?

7. Поясните смысл коэффициента "с" - удельной термоЭДС.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: познакомиться с баллистическим методом измерения, исследовать напряженность магнитного поля на оси соленоида.

Приборы и оборудование: соленоиды, катушка индуктивности, амперметр, гальванометр, источник постоянного тока.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Напряженностью магнитного поля называют величину, определяемую соотношением:

                                               (1)

 где - индукция поля,  - намагниченность вещества,

μ₀ - магнитная постоянная.

В веществе напряженность поля такая же, как в вакууме.

Следовательно:

,                                                (2)

Где μ – магнитная проницаемость вещества.

     Соленоид представляет собой катушку, намотанную на цилиндрический каркас. Если витки катушки расположены вплотную друг к другу, то поле соленоида эквивалентно полю системы круговых токов одинакового радиуса и имеющих общую ось. Поэтому напряженность магнитного соленоида  можно найти суммированием напряженностей отдельных круговых токов:

,                                            (3)

     Вычислений значений индукции и напряженности магнитного поля на оси кругового тока производится с помощью закона Био - Савара -Лапласа. Соотношение (3) есть математическое выражение принципа суперпозиции.

     Moдуль вектора на оси соленоида определится интегралом:

 ,                      (4)

где n –число витков, приходящихся на единицу длины соленоида (рис. 1)

     Выражение (4) показывает, что модуль вектора напряженности зависит от углов β₁ и β₂ которые, в свою очередь определяются положением т.А и длиной соленоида . Для бесконечно длинного соленоида β₁=0, β₂=π, и напряженность магнитного поля на оси соленоида оказывается равной:

Н=Iּn,                                                   (5)

рис. 1

Из выражения (5) видно, что Н не изменяется вдоль оси соленоида. Для всякого конечного соленоида напряженность поля будет меньше, чем напряженность бесконечно длинного соленоида. Для точек А вблизи концов соленоида один из углов β₁ и β₂, равны  и напряженность, как следует из (4), равна:               

здесь, через β обозначен тот из углов β₁ и β₂, который не равен .

Когда соленоид очень длинный, то угол β близок к нулю. В этом случае вблизи концов соленоида:

                                                (6)

т.е. напряженность, магнитного поля равна половине напряженности поля бесконечно длинного соленоида. Для конечного соленоида наибольшее значение Н будет в точке, равноудаленной от концов соленоида.

     Таким образом, магнитное поле внутри реальных соленоидов в той или иной степени неоднородно, напряженность поля изменяется от точки к точке. Степень неоднородности поля зависит от отношения его длины к диаметру:

где λ – называют относительной длиной соленоида. Более однородным является поле у соленоидов с большим λ, т.е. у соленоидов малого диаметра, но большей длины.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

     В данной работе предлагается изучить поля двух соленоидов: короткого L₂ и длинного L₁, намотанных на один каркас. Изучение полей заключается в измерении их напряженности в различных точках на оси соленоидов. Измерение напряженности магнитного поля производится баллистическим методом. Сущность баллистического метода заключается в измерении отклонения α указателя баллистического гальванометра G, включенного в цепь измерительной катушки L₃, при замыкании или размыкании цепи исследуемых соленоидов L₁ и L₂ (рис.2). При этом искомая напряженность Н прямо пропорциональна значению отклонения α указателя гальванометра, так что: Н=kα. Докажем это.

     Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) Ф через измерительную катушку L₃ равен:

Ф=В·S·N_изм,                                                (7)

где В - индукция исследуемого поля соленоида, S - площадь витка измерительной катушки, N_изм – число витков измерительной катушки.

рис.2

     При замыкании или размыкании цепи соленоида происходит изменение магнитной индукции В, а значит, и магнитного потока Ф, пронизывающего измерительную катушку. Измерительная катушка L₃ закреплена на правом конце ее держателя – алюминиевой трубки, расположенной внутри соленоидов вдоль их оси. Согласно закону электромагнитной индукции в катушке L₃ возникает ЭДС индукции:

.

Кроме того, в L₃ и рамке гальванометра возникает ЭДС самоиндукции:

,

где L - коэффициент самоиндукции всей измерительной цепи,

 i-сила тока в измерительной цепи.

По второму правилу Кирхгоффа:

ε_i + ε_c = U.

или                                                             (8)

где R₀ - полное сопротивление измерительной цепи. Интегрируя (8) за время прохождения импульса индукционного тока, найдем изменение магнитного потока:

,        (9)

где q - заряд, протекающий в измерительной цепи за время τ.

 В нашем случае i_кон= i_нач =0, поэтому:

                                             (10)

     Отброс α баллистического гальванометра (баллистический гальванометр является прибором магнитоэлектрической системы), как известно, пропорционален количеству прошедшего через него электричества q, если время протекания заряда мало по сравнению с периодом собственных колебаний указателя гальванометра. Поэтому α=cq, или:

,                                       (11)

где С_G- баллистическая постоянная гальванометра,

   α – число делений, на которое отклоняется световой указатель

       гальванометра.

     При размыкании цепи соленоида индукция магнитного поля изменяется от В до 0, при замыкании от 0 до В. Следовательно,

изменение магнитного потока через измерительную катушку:

ΔФ = Ф_нач-ф_кон = (В-0)SN_изм = ВSN_изм,

С учетом (10) и (11) найдем:

,                           (12)

Поскольку В=μμ₀Н, из (12) получим искомую линейную зависимость:

Н=kα,

 где:

,                                     (13)

     Таким образом, предварительно рассчитав k, напряженность поля соленоида можно определить по отбросу α баллистического гальванометра при размыкании или замыкании цепи соленоида. Перемещая измерительную катушку вдоль оси соленоида измеряя α для каждого положения L₃, можно определить Н в различных точках оси соленоида.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Собрать цепь по схеме, представленной на рис.2.

2. Включить в сеть выпрямитель и подсветку гальванометра.

3. Поместить измерительную катушку левого конца соленоида.

L₁(a=0). Для этого риску “0”на держателе катушки - алюминиевой трубке совместить с левым концом каркаса соленоида L₁.

4. Разарретировать гальванометр, нажав кнопку “X”.

5. Замкнуть цепь соленоида L₁ и установить с помощью регулятора напряжения выпрямителя необходимую силу тока (0,1-0,8)А в соленоиде.

6. Размыкая ключом К цепь соленоида, определить отклонение (отброс) α светового указателя гальванометра.

7. Перемещая вправо измерительную катушку на 1,2,3,…52 см, снять для каждого ее положения показания гальванометра при размыкании цепи соленоида.

8. Найти по формуле (13) значение k (С_G=3,6·10^-7 ., R=R_G+R_L3, R_G=22 Ом, R_L3 = 357 Ом, μ=1, μ₀=4π·10^-7 , диаметр витка измерительнойкатушки = 17,2 мм, N_изм=3000 вит.)

9. По значениям отклонения указателя гальванометра α для каждого положения измерительной катушки определить напряженность магнитного поля Н=kα. Данные занести в таблицу.

10. Подключить источник тока к соленоиду L₂ и провести аналогичные измерения и расчеты (п.п.6-9).

РЕКОМЕНДАЦИЯ: при исследовании поля соленоида удобнее начинать измерения от расстояния а = 52 см до а = 0.

11. После измерений заарретировать гальванометр, нажав кнопку «Арр.»

12. Построить по полученным данным совмещенные графики зависимости Н(а) для исследованных полей. Указать на каждой

зависимости значение  и доверительный интервал.

13. Рассчитать напряженность поля в центре соленоида и на краях по формулам (5) и (6). Сравнить результаты с данными опыта.

14. Провести анализ полученных данных

                                                                                                 Таблица:

п/н	а, см	L1		L2
		α, дел	Н,	α, дел	Н,
1 2. . . . 50. 51. 52.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

     1. Дайте определение индукции и напряженности магнитного поля. В каких единицах они выражаются?

     2. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

     3. Как определяется направление напряженности поля элемента тока, кругового тока, соленоида?

     4. Вывести формулу напряженности поля на оси бесконечно длинного соленоида. Для этого используйте закон полного тока.

     5. В чем заключается баллистический метод измерения напряженности магнитного поля?

     6. Пояснить смысл баллистической постоянной гальванометра?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Цель работы: проверка закона Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивность, емкость и активное сопротивление.

Приборы и оборудование: амперметр, вольтметр, источник тока, катушка индуктивности, батарея конденсаторов, соединительные провода.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ:

Закон Ома для цепи переменного тока записывается следующим образом:

,                                (1)

где I и U - действующие или амплитудные значения силы тока и напряжения в последовательной цепи (см. рис.1); С - электроемкость конденсатора; L - индуктивность катушки; R - активное сопротивление цепи; ω=2πν - циклическая частота колебаний питающего напряжения;

 ν - линейная частота напряжения.

Проверить справедливость соотношения (1) можно на опыте, если измерить силу тока I, напряжение U и найти полное сопротивление цепи: Z = .

сравнивая найденное значение Z с рассчитанным по формуле:

,                        (2)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Собрать цепь по схеме, представленной на рис.2. Емкость батареи конденсаторов установить по указанию преподавателя.

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Упражнение 1.

1. Замкнуть цепь и установить регулятором напряжения установить определенные (по указанию преподавателя) значения напряжения.

2. Измерить силу тока при нескольких различных напряжениях на входе цепи и занести в таблицу.

таблица

п/н	С, мкФ	U			I			, Ом	Zтеор., Ом	L, Гн
		дел	Цена дел. В/дел.	В	дел	Цена дел. В/дел.	А
упр.1
упр. 2

3. Установить другую емкость батареи конденсаторов и повторить измерения силы тока при различных напряжениях. Результаты записать в таблицу.

4. Для каждой пары значений I и U найти опытное значение полного сопротивления цепи Z по формуле .

5. Рассчитать полное сопротивление Z по формуле (2), сравнить с опытным значением Z и сделать вывод.

Упражнение 2

 Измерить индуктивность катушки, введя в нее железный сердечник. Используя данную экспериментальную установку и закон Ома для переменного тока, определить индуктивность катушки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

     1. Построить и пояснить векторную диаграмму силы тока и напряжений в последовательной цепи с R, L, C.

     2. Вывести закон Ома для цепи переменного тока, используя векторную диаграмму.

     3. Для каких значений переменного тока (мгновенных, амплитудных, действующих) справедлив закон Ома (1)?

4.Пояснить причины изменения индуктивности катушки првнесении сердечника.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИЗУЧЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В LC- КОНТУРЕ

     Цель работы: исследовать явление резонанса напряжений в цепи с переменной емкостью.

     Приборы и принадлежности: катушка индуктивности, батарея конденсаторов, вольтметры, амперметр, лабораторный автотрансформатор (РШН), ключ, соединительные провода.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ:

     Резонансом в какой-либо колебательной системе называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты колебаний вынуждающей силы к собственной частоте системы

     Явление резонанса напряжений возникает в электрической цепи переменного тока с последовательно соединенными активными сопротивлениями R, емкостью С и индуктивностью L. (рис.1)

Действующее (или амплитудное) значение силы тока в цепи определяется законом Ома:

                             (1)

где U - действующее (или амплитудное) значение напряжения на входе цепи; Z - полное сопротивление цепи, R - активное сопротивление цепи;

 ω - частота приложенного напряжения. Векторная диаграмма тока и напряжения для последовательной цепи представлена на рис. 2. Как следует из диаграммы, колебания силы тока в цепи в общем случае не совпадает по фазе с колебаниями приложенного напряжения U. Угол сдвига фаз φ между током и напряжением определяется выражением:

,      (2)

где U_L, U_C, U_R  - действующие (или амплитудные значения) напряжения на индуктивном x_L=ωL, емкостном  и активном R сопротивлении соответственно.

     В рассматриваемой цепи возможен случай, когда собственная частота колебаний в цепи LC и частота вынужденного напряжения совпадают т.е.:

                                        (3)

Этого совпадения можно достичь либо изменением параметров цепи

(L или С), либо изменением частоты ω вынуждающего (внешнего) напряжения. Тогда становятся равными индуктивное и емкостное сопротивление:                             

,                                            (4)

При этих условиях в цепи наблюдается следующее:

1. Полное сопротивление цепи, как видно из (1), равно R, т.е. имеет минимальное значение, а сила тока, следовательно, максимальное:

,

2. Напряжение на реактивных элементах цепи при резонансе равны по значению и поскольку они всегда изменяются в противофазе, то их сумма равна нулю. Приложенное напряжение в этом случае равно напряжению на активном сопротивлении:

I_рез·R ≈ U_R ≈U.

3. При резонансе tg φ = 0, следовательно φ = 0, т.е. ток и напряжение совпадают по фазе.

4. При максимальном значении силы тока будут максимальными и значения напряжений на всех элементах цепи. Поэтому описанное явление называют резонансом напряжений.

     Итак, при резонансе напряжений можно наблюдать максимальное значение силы тока в цепи и максимальное значение напряжений на всех элементах цепи. Равенство нулю сдвига фаз φ между током и напряжением непосредственно наблюдать сложно, хотя и возможно при использовании дополнительной аппаратуры.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА:

     В данной работе резонанс напряжений обеспечивается изменением емкости С батареи конденсаторов. Схема используемой в работе цепи представлена на рис.3, где V₁- вольтметр для измерения напряжения на катушке индуктивности U₁ и батарее конденсаторов U_C, R- активное сопротивление катушки индуктивности.

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1.Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис.3.

2.Установить емкость конденсатора 6 мкФ.

3. Замкнуть цепь, регулятором напряжения установить необходимое общее напряжение (20 В) и поддержать его постояннным в процессе работы.

4. Измерения силы тока и напряжений выполнить при различных значениях емкости (6 мкФ-22 мкФ) батареи конденсаторов. Занести результаты в таблицу.

5. По данным таблицы построить графики зависимостей U_C=f(C), U_L=f(C), U=f(C), I=f(C).

6. Провести анализ полученных результатов; найти емкость батареи конденсаторов, при которой наблюдается резонанс напряжений; определить значение силы тока, напряжений при резонансе.

7. Построить векторную диаграмму для случаев резонанса.

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Построить и пояснить векторную диаграмму тока и напряжений для последовательной цепи переменного тока, содержащей R, L, и C.

2. Из векторной диаграммы получить закон Ома для переменного тока.

3. При каком условии наблюдается резонанс напряжений?

4.Как проявляется резонанс напряжений в цепи и почему?

5. Почему при резонансе общее напряжение в цепи (напряжение на входе) равно лишь напряжению на активном сопротивлении?

6. Отчего зависит острота резонансной кривой I(C)?

7. Где используется резонанс напряжений?