Лабораторная работа № 41 Снятие кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от индукции внешнего магнитного поля для ферромагнетика (стр. 3 )

Термопары имеют большую чувствительность и малую инертность, позволяют проводить измерения в широком интервале температур и допускают дистанционные измерения, например, в доменных печах.

В данной работе – разность потенциалов спаев термопары , где – разность температур спаев термопары.

Порядок выполнения работы:

1) Разобраться в электрической схеме установки. Определить цену деления приборов.

Рисунок 1

2) Замкнуть цепь вторичной обмотки L2.

3) Включить в сеть (220 В) автотрансформатор АТ. Изменяя напряжение с помощью автотрансформатора в цепи первичной обмотки, установить во вторичной цепи ток силой 80-100 мкА (по согласованию с преподавателем).

4) Не изменяя напряжения в цепи первичной обмотки, по мере нагревания образца, следить за показаниями микроамперметра и милливольтметра (по верхней шкале). Вначале при каждом изменении термоэдс на 1 мВ записать показания микроамперметра, а когда ток в цепи вторичной обмотки начнет уменьшаться, порядок записи показаний приборов надо изменить, показания милливольтметра следует записывать через каждые 10 мкА по шкале микроамперметра. Опыт продолжать до тех пор, пока ток во вторичной цепи не будет изменяться.

5) Данные занести в таблицу.

UT – напряжение между спаями термопары

Таблица

UT	PmV

6) По данным измерений построить график зависимости I=f (UT). Примерный вид зависимости I=f (UT) показан на рисунке 2.

7) Из точки, соответствующей максимальному спаду тока на кривой I=f (UT) опустить перпендикуляр и по точке пересечения его с горизонтальной осью определить напряжение UT=εСТ, соответствующее температуре Кюри.

Рисунок 2

8) Вычислить разность температур спаев термопары

, (3)

где =0,0625 мВ/К - постоянная термопары.

9) Записать показания комнатного термометра, выразив комнатную температуру в Кельвинах, ТК.

10) Вычислить точку Кюри ТС по формуле

ТС=ΔТ+ТК (4)

Внимание! В установке используется переменное напряжение опасное для жизни – 220В. Не прикасайтесь к токопроводящим частям при включенной установке! Не производите под напряжением присоединения в электрической схеме!

Контрольные вопросы

1. Рассказать о диа - и парамагнетиках.

2. Почему у ферромагнетиков большая магнитная проницаемость? Что такое домены?

3. Что такое точка Кюри?

4. Расскажите об устройстве, работе и применении термопар.

5. Как выполняется данная работа?

Лабораторная работа № 45 Определение удельного заряда электрона

Цель работы: ознакомление с методом измерения в скрещенных магнитных полях.

Теоретическое введение

Для выполнения данной работы используются закономерности, описывающие движение заряженных частиц в однородном магнитном поле, влетающих в него со скоростью v под различными углами к вектору индукции магнитного поля . В этом случае на влетевшую частицу действующая сила Лоренца, определяемая по формуле

, (1)

где угол между и

Рисунок 1

Сила Лоренца в векторной форме записывается так

(2)

Запись закона в векторной форме позволяет определить направление результирующей величины, а именно - силы Лоренца: сила Лоренца перпендикулярна плоскости, в которой лежат перемножаемые вектора и и направлена так, чтобы из ее конца поворот от к по наименьшему углу был виден происходящем против часовой стрелки, если заряд частицы q – положителен.

Если q<0, то сила Лоренца направлена в противоположную сторону. Если заряженная частица влетает под углом, равным 900, то она в однородном магнитном поле будет двигаться по окружности, плоскость которой перпендикулярна . При этом сила Лоренца выполняет роль центростремительной силы и, следовательно, не производит работы.

Для измерения , где е – заряд электрона, m – масса электрона. В работе используется влияние на движение электронов скрещенных электрического и магнитного полей.

Рисунок 2

Для этого трехэлектродная электронная лампа с цилиндрическим анодом помещается в соленоид так, чтобы нить накала лампы (катод) К, проходящая вдоль оси анода А, была параллельна оси соленоида (рисунок 3).

Рисунок 3

Принципиальная схема установки приведена на рисунке 4.

При замыкании цепи анода лампы Л выключателем К1 в ней возникает радиальное электрическое поле. При замыкании выключателем К2 цепи соленоида L в нем возбуждается магнитное поле, индукция которого направлена вдоль его оси и перпендикулярна вектору – напряженности электрического поля (рисунок 3).

А	А
	Л
			V

Рисунок 4

Электрическое поле увеличивает величину скорости электронов, летящих от катода к аноду, магнитное поле изменяет ее направление.

Сетка лампы в установке соединена с анодом. Поэтому электроны движутся ускорено только в пространстве между катодом и сеткой. Далее между сеткой и анодом величина скорости электронов остается неизменной, так как в этой области электрического поля нет.

При разомкнутой цепи соленоида, индукция магнитного поля В=0, и электроны движется к аноду по радиальным траекториям. В анодной цепи установится ток определенной величины.

Рисунок 5

В слабом магнитном поле под действием силы Лоренца траектория электронов искривится (рисунок 5), но все они достигнут анода, и анодный ток останется прежним. С ростом магнитной индукции радиусы кривизны траекторий будут уменьшаться и при некотором значении индукции Вкр (критическая индукция) электроны не попадут на анод, так как будут двигаться по окружностям, диаметр которых равен расстоянию а между сеткой и анодом. Дальнейшее увеличение В приведет еще к большему уменьшению радиуса кривизны. Поэтому, начиная с В=Вкр, анодный ток лампы будет уменьшаться.

Зависимость анодного тока Ia от В при постоянном анодном напряжении Ua приведена на рисунке 6.

2

Ia

Пунктирной линией 1 изображен вид этой зависимости при условии, что начальная скорость всех электронов равна нулю.

Ic

Рисунок 6

При В=Вкр анодный ток должен резко упасть до нуля. Однако, так как электроны, испускаемые нагретым катодом, имеют различные начальные скорости, резкое уменьшение анодного тока наблюдаться не будет. На рисунке 6 – сплошная кривая 2.

Выведем рабочую формулу, зная, что критическая индукция соответствует критическому току Ikp (рисунок 6). По закону сохранения энергии, энергия электрического поля еU переходит в кинетическую энергию электронов

, (3)

отсюда . (4)

Сила Лоренца выполняет роль центростремительной силы

; ; , (5)

получаем (6)

Зная, что для соленоида , учтя, что , где N – число витков соленоида, l – длина соленоида. Получаем

(7)

Порядок выполнения работы:

С расположением элементов электрических цепей установки разобраться на рабочем месте. Определить цену деления приборов.

Рисунок 7

Перед началом выполнения работы регулятор автотрансформатора ТА должен быть выведен на нуль, а движок потенциометра RP – на секунду.

Коммутатором SA1 замкнуть цепь лампы. Подождав 1-2 минуты, установить потенциометром RP анодное напряжение Ua в пределах 20-30 В. В дальнейшем процессе выполнения работы Ua следует поддерживать неизменным.

Коммутатором SA2 включить цепь соленоида L. Плавно поворачивая регулятор автотрансформатора ТА, изменять ток в цепи соленоида через интервалы в 0,02 А. Значения тока соленоида и соответствующие им значения анодного тока заносить в таблицу 1. Ток соленоида изменять в пределах от 0 до 0,3 А.

Таблица 1

Ic	A
Ic	A

По полученным данным построить график зависимости (график строить на миллиметровой бумаге).

По началу спада кривой определить значение критического тока в соленоиде.

Вычислить удельный заряд электрона по формуле

, (8)

где Ua – анодное напряжение; – относительная магнитная проницаемость среды (для вакуума ); – магнитная постоянная (в системе СИ Гн/м); n – число витков на единицу длины соленоида, 1/м; Iскр – значение критического тока в соленоиде ; а – расстояние от сетки до анода, м; – угол между осью соленоида (катушки) и радиусом вектором, приведенным из центра катушки к концам соленоида.