Лабораторна робота №10

Порядок виконання роботи.

1) Зважити порожній калориметр і визначити його масу.

2) Заповнити калориметр досліджуваною рідиною (вид рідини вказує викладач) і зважити його. Від одержаного результату відняти масу порожнього калориметра, таким чином буде визначена маса рідини m₁.

3) Закрити калориметр кришкою, до клем якої прикріплено спіраль. Зібрати електричне коло у відповідності зі схемою, яка зображена на рис.9.1. Випрямляч BC-24M до перевірки схеми викладачем у мережу не вмикати. Звернути увагу на дотримування полярності при вмиканні вольтметра та амперметра, а також на їх межі вимірювання.

4) Через отвір у кришці калориметра занурити в рідину термометр. Через 20-30 с записати показник t₁ термометра.

5) Після перевірки схеми викладачем підключити живлення схеми за допомогою тумблера, розташованого на випрямлячі. Регулятором напруги 8 установити вказані викладачем значення струму або напруги в колі. Одночасно включити секундомір. При проведенні досліду сила струму у колі повинна залишатися незмінною.

6) Як тільки температура рідини у калориметрі досягне значення, вказаного викладачем, вимкнути струм і зупинити секундомір. Записати час τ, протягом якого тече струм.

7) Зняти кришку калориметра. Перемішати рідину у калориметрі, виміряти її температуру t2. Значення Δt=t₂-t₁.

8) За формулою (9.3) розрахувати значення питомої теплоємності рідини с₁. Значення питомої теплоємності с₂ матеріалу, з якого зроблено калориметр, прийняти рівним:

для скляного калориметра с₂=830Дж/кг·К,

для латунного калориметра с₂=380Дж/кг·К.

9) Усі виміри, вказані у пунктах 1-8, провести на менше трьох разів.

10) Визначити абсолютну Δс₁, та відносну δ (%) похибки. Кінцевий результат записати у вигляді

с₁=<с₁>±Δс₁, δ= %.

Контрольні запитання

1) Що таке питома теплоємність? В яких одиницях вона вимірюється?

2) Сформулювати закон Джоуля-Ленца.

3) Чому при незмінному струмі напруга, вимірювана вольтметром, під час досліду дещо змінюється?

4) Яким чином усуваються похибки досліду, пов’язані з теплопровідністю та випромінюванням?

ВИМІРЮВАННЯ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Мета роботи: визначення індукції магнітного поля Землі у точці спостереження балістичним методом та значення горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі за допомогою електронного променя осцилографу у якості індикатора магнітного поля.

Прилади та матеріали: котушка з дроту; гальванометр; компас або магнітна стрілка; секундомір; омметр; електронний осцилограф; калька; вимірювальна лінійка.

Теоретичні відомості

Електричні струми створюють навколо себе магнітне поле. Існує й зворотний ефект: магнітне поле викликає появу електричних струмів. Це явище одержало назву електромагнітної індукції. Воно було відкрито Фарадеєм.

Електричний струм виникає в провіднику при його русі в магнітному полі. Збудження струму пояснюється дією сили Лоренца на електричні заряди:

, (10.1)

де – напруженість електричного поля, – індукція магнітного поля, q – елементарний заряд, який рухається в електричному полі зі швидкістю v. Ця сила відіграє роль сторонньої сили. Поле сторонніх сил створює ЕРС, яку називають в цьому випадку ЕРС індукції e_інд:

, (10.2)

де Ф_m – магнітний потік крізь поверхню, обмежену контуром, який проводить електричний струм. Формула (10.1) виражає основний закон електромагнітної індукції: ЕРС електромагнітної індукції e_інд, що виникає в замкнутому провіднику, який рухається, пропорційна швидкості збільшення магнітного потоку Ф_m, що пронизує поверхню, обмежену цим провідником. Знак мінус в формулі (10.1) відповідає закону (або правилу) Ленца: індукційний струм завжди має такий напрямок, при якому його дія (через створюваний їм магнітний потік) протилежна дії причини, яка викликає цей струм.

Сила струму I у провідному контурі, що рухається в магнітному полі, до якого приєднаний гальванічний елемент із ЕРС e, визначається формулою

, (10.3)

де R – опір контуру. Дослід показує, що e_інд не залежить від e. Формула (10.3) є закон збереження енергії: робота гальванічного елемента дорівнює сумі джоулевої теплоти та роботи сили Ампера .

Індукційні струми виникають і в нерухомих провідниках, які поміщують у змінне магнітне поле. Для збудження індукційного струму істотною є зміна магнітного потоку через контур провідника, але не спосіб, яким ця зміна досягається – рухом контуру в постійному магнітному полі або зміною магнітного поля усередині нерухомого контуру.

Відповідно до теорії Максвелла причиною виникнення індукційного струму в провіднику є те, що всяке змінне магнітне поле збуджує в навколишньому середовищі електричне поле . Індукція вектора напруженості електричного поля в будь-якому нерухомому замкнутому контурі L визначається формулою

, (10.4)

де Ф_m – магнітний потік крізь контур L, або у диференціальній формі

, (10.5)

де – індукція магнітного поля. Вираження (10.4) та (10.5) є еквівалентними (10.2) формулюваннями закону електромагнітної індукції. Таким чином, вони є фундаментальними й входять у систему рівнянь Максвелла як основні, що відбивають взаємозв’язок електричних і магнітних полів. Слід зазначити, що замкнутий контур L в (10.4) може бути проведений не тільки в провіднику, але й у діелектрику. Згідно (10.4) електромагнітна індукція може спостерігатися не тільки у вигляді появи струму в замкнутому провіднику, але й в поляризації діелектрика, в прискоренні або сповільненні руху електричних зарядів і часток, в появі електричного струму в незамкнутому провіднику й інших явищах. Індукційні струми, що виникають у масивних провідниках (наприклад, у мідній пластинці), називають вихровими струмами або струмами Фуко. Вихрові струми утворюють замкнуті ланцюги в товщі провідника. Вони приводять до втрати енергії у вигляді теплоти. Цей ефект використовується в індукційних печах.

Теплову дію струмів Фуко використовують для плавлення металів, нагрівання і поверхневого гартування стальних виробів, а гальмівну – в конструкціях магнітних демпферів – заспокоювачів рухомих стрілок у гальванометрах, сейсмографах та інших приладах.

Дата добавления: 2014-12-27