Интерференция световых волн Строение ядра. Радиоактивность

Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям. Действительно, все точки эквипотенциальной поверхности имеют одинаковый потенциал, поэтому работа по перемещению заряда вдоль этой поверхности равна нулю, т. е. электростатические силы, действующие на заряд, всегда направлены по нормалям к эквипотенциальным поверхностям. Следовательно, вектор Е всегда нормален к эквипотенциальным поверхностям, а поэтому линии вектора Е ортогональны этим поверхностям.

Лабораторная работа

Практическая часть

При выполнении задачи используются различные электроизмерительные приборы, описания и инструкции по эксплуатации которых выдаются перед работой. Перед началом измерений все приборы нужно подготовить к работе согласно их инструкциям. В случае использования для измерений ламповых, транзисторных или цифровых вольтметров, то до начала измерений, после прогрева приборов в течение около десяти минут, необходимо выполнить проверку правильности установки нулевых значений.

Упражнение I. Измерение напряжения в цепи постоянного тока.

При выполнении этого упражнения необходимо выполнить ряд изме­рений напряжения в цепи постоянного тока. Цепь состоит из постоянных резисторов, размешенных на учебной плате. Принципиальная схема блока представлена на рис.4. Установленные на плате кнопки в нормальном положении замкнуты. При нажатии они размыкают соответствующий участок цепи, что дает возможность измерить в нем силу тока, подключив а разрыв амперметр.

Клеммы А и В подключаются соединительными проводами к источнику постоянного тока, напряжение которого можно установить в пределах 1¸25 В. Все измерения необходимо выполнить для одного напряжения источника, заданного преподавателем, которое нужно записать.

При подсоединении к кле­ммам А и В источник должен быть выключен, а ручки регулировки установлены в крайнее положение, соответствующее минимуму выходного напряжения. После этого источник включают, а по вольтметру, подключенному ко входу платы, устанавливают заданное напряжение.

Измерения проводятся для резисторов, номера которых задаются преподавателем (обычно 5 резисторов). Электрон вылетает из точки с потенциалом 615 В со скоростью 12×106 м/с. Определить потенциал точки, в которой: а) Электрон остановится; б) Скорость электрона увеличится в 2 раза.

Вольтметр поочередно подключается параллельно каждому резистору, используя установленные на них клеммы. Каждое измерение выполняют один раз и определяют погрешность измерения, учитывая класс точности прибора и погрешность считывания.

В случае использования электронно-цифрового вольтметра, измере­ния следует проводить однократно в автоматическом режиме работы, погрешность результата определяется согласно описанию прибора.

Все результаты измерений следует оформить в виде таблицы, в которой указывают номера резисторов, на ко­торых производились измерения, полученные значения напряжений и значения погрешности каждого измерения.

Упражнение 2. Измерение силы тока в различных участках цепи

НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания, измерьте силу тока в тех же резисторах, что и при выполнении пер­вого упражнения. В качестве измерительного прибора применяется комбинированный прибор, включаемый в режиме измерения силы постоянного то­ка.

Для измерения силы тока в последовательном участке цепи нужно подключить амперметр параллельно кнопке, размыкающую данную цепь, и нажать на кнопку. При этом амперметр покажет ток в данном участке. Разумеется, амперметр не обязательно подключать рядом с измеряемым резистором, он может быть в любом месте последовательной цепи, в которую входит данный резистор.

Во избежание выхода из строя стрелочного прибора необходи­мо внимательно следить за соблюдением полярности его подключения и за выбором пределов измерений. Начинать измерения нужно, как правило, с самого грубого диапазона. Результаты всех измерений заносят в указанную выше таблицу.

В некоторых платах для разрыва цепи при измерении силы тока используются перемычки, которые зажимаются винтами клемм. Работа с ними аналогична работе с кнопками. Нужно только не забывать восстанавливать соединение перемычек после проведения измерения.

По результатам измерений, полученным в первом и втором упражнении, рассчитывают сопротивления заданных резисторов с оценкой ошибок измерения.

Упражнение 3. Одновременное измерение напряжения и силы тока

В этом упражнении измерения проводятся на тех же резисторах, НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания. Вольтметр и амперметр к измеряемому резистору нужно подключать одновременно согласно варианту, показанному на рис.3а. По измеренным значениям U и I рассчитываются сопротивления данных резисторов с оценкой ошибок. Результаты нужно занести в таблицу.

Поскольку используемый в задаче амперметр имеет сопротивление, сравнимое с сопротивлением некоторых резисторов, его подключение может заметно изменить распределение токов и напряжений на элементах платы, и результаты измерений и расчета сопротивлений будут отличаться от полученных выше в упражнениях 1-2.

Упражнение 4. Измерение вольт-амперной характеристики
нелинейного элемента

Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента называется зависимость тока через него от приложенного напряжения. ВАХ является основной характеристикой нелинейного элемента, необходимой для описания его работы в электрических цепях. Измерения ВАХ можно проводить как на постоянном токе, так и на переменном токе, т.е. в динамическом режиме.

В данном упражнении измеряется на постоянном токе ВАХ полупроводникового p/n перехода. Измерения проводятся на полупроводниковом элементе – стабилитроне, который представляет собой прибор с одним p/n переходом. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон может, не разрушаясь, работать в режиме электрического пробоя, если только ток через него не превышает допустимых значений. Поэтому на стабилитроне можно наблюдать все характерные участки ВАХ p/n перехода, включая и область пробоя, возникающего в на

шем случае при запирающих напряжениях порядка 4-15 В. Краткие сведения о стабилитроне можно получить из [3].

Поскольку ВАХ должна быть измерена при обеих полярностях приложенного к p/n переходу напряжения, измерения можно провести с использованием схемы со встречным включении двух регулируемых источников питания. Меняя напряжения U1 и U2, можно без переключения полярности проводов получить любое напряжение от –Umax до +Umax, где Umax - максимальное напряжение источника. В используемом блоке питания оба источника тока гальванически независимы, поэтому такие соединения допустимы.

Важным преимуществом такой схемы является возможность получения близких к нулю напряжений даже тогда, когда каждый из источников не может дать таких малых напряжений. Это имеет место в нашем блоке питания, у которого Umin @ (0.5 … 0.8) В. Напряжения, меньшие Umin (вплоть до нуля), можно получить, если установить на одном из источников небольшое произвольное напряжение (порядка 1,5 - 2 В) и скомпенсировать его вторым источником до любого нужного малого напряжения.

Дополнительный резистор R, включенный последовательно со стабилитроном, необходим для ограничения максимального тока и подобран таким, чтобы было можно подавать на схему любое напряжение от –25 до +25 В. При непосредственном подключении стабилитрона к источнику тока он может сгореть. Наличие такого ограничительного сопротивления, как правило, обязательно при включении в цепь любых нелинейных элементов, способных к резким скачкам тока.

Процедура измерений состоит в регистрации тока I(U) в зависимости от приложенного к элементу напряжения U. Напряжение с блока питания нужно менять в пределах (–25 … +25) В. Число измеряемых точек выбирается из условия четкого представления хода ВАХ во всех ее участках (не менее 5-6 для каждой полярности).

При построении графика нужно выбрать наиболее удобный масштаб, разрывы на осях и т.д. Положительное направление шкал U и I должно соответствовать прямому току p/n перехода, направление которого указано стрелкой  на самом стабилитроне и на плате.

На графике нужно изобразить интервалы ошибок экспериментальных точек.

Оформление упражнения включает номер платы, схему, таблицу данных, расчетные формулы, график.

Примерные вопросы к допуску и сдаче задачи

- Системы стрелочных измерительных приборов [1]

- Условные обозначения на стрелочных измерительных приборах разных систем [2]

- Влияние собственных сопротивлений амперметра и вольтметра на точность измерений силы тока и напряжений.

- Почему в упражнении 3 вольтметр и амперметр рекомендуется подключить к измеряемому резистору по варианту Рис.3а?

- Для какой части вольт-амперной характеристики стабилитрона вольтметр и амперметр лучше подключать по варианту Рис.3а и Рис.3б?

- Как оценить погрешности измерений стрелочными приборами?

Свойство зарядов располагаться на внешней поверхности проводника используется для устройства электростатических генераторов, предназначенных для накопления больших зарядов и достижения разности потенциалов в несколько миллионов вольт. Электростатический генератор, изобретенный американским физиком Р. Ван-де-Граафом (1901—1967), состоит из шарообразного полого проводника 1 (рис. 143), укрепленного на изоляторах 2.
Основы электронной теории магнетизма