1. Собирают электрическую цепь, указанную на рис. 1.
2. Устанавливают на магазинах сопротивлений R 2 и R 3 по 5555 Ом. Эти значения выбраны для удобства измерений.
3. Устанавливают R 4 на наибольшее сопротивление, включают источник с e X, замыкают ключи 
, 
и переключатель 
, начальный ток Ir регулируют сопротивлением R 1.
4. Меняют сопротивление магазина R 3, начиная с декад, имеющих наибольшие сопротивления, так, чтобы ток Ir был равен нулю.
5. Уменьшают сопротивление резистора R 4 и вновь добиваются отсутствия тока через гальванометр и определяют R 3.
6. Подключив к схеме элемент Вестона, производят аналогичные измерения. Определяют R ¢3 и данные заносят в таблицу 1.
Таблица 1
| №№ п.п. | Измерено | Вычислено | ||||
| R 3, Ом | R ¢3, Ом | e н, В | e X, В | Е, % | De X, В | |
| 1. 2. 3. |
7. Произвести аналогичные измерения e X, устанавливая в магазинах R 3 и R 2 по 555 Ом, 55,5 Ом.
8. Погрешности вычисляются дифференциальным способом.
Контрольные вопросы
1. Каков физический смысл ЭДС, напряжения, разности потенциалов?
2. Имеются два вольтметра одинаковой системы, но с разными внутренними сопротивлениями Rв 1 = 1000 Ом и Rв 2 = 10000 Ом. Каким из этих вольтметров можно точнее измерить ЭДС? Почему?
3. Каково назначение реостатов R 1 и R 4, в схеме рис. 1.
4. Что поминается под сторонними силами и каковы их свойства?
5. Вывести расчётную формулу для e X.
6. Как устроен нормальный элемент? Какова его ЭДС?
7. Выведите соотношение 1.
8. Перечислите известные Вам гальванические элементы и рассмотрите устройство и работу одного из них.
Работа №11
Определение точки Кюри ферромагнетиков
Приборы и принадлежности: нагревательная печь, испытуемый образец, термометр или термопара с милливольтметром, микроамперметр, соединительные провода.
Теоретическое введение
Согласно современным представлениям, ферромагнетик естественным образом разбивается на микроскопические (однако содержащие большое число атомов до 
атомов) область, размеры которых 
м (домены). Благодаря особому характеру взаимодействия каждая такая область намагничена до насыщения. На границах областей существуют сильные магнитные поля. При отсутствии внешнего поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированны беспорядочно и макрокусок ферромагнетика не намагничен. При помещении его в магнитное поле наблюдается «смещение границ домена» - области, имеющие намагниченность, близкую по направлению к внешнему полю, растут за счет соседних областей: суммарный магнитный момент ферромагнетика делается отличным от нуля. При дальнейшем увеличении поля возникает ещё один процесс: векторы намагничения доменов поворачиваются в направлении поля, ещё увеличивая намагниченность образца. Это происходит до достижения насыщения. При снятии поля ферромагнетик частично остается намагниченным. При нагревании ферромагнитные свойства при некоторой температуре (точка Кюри) исчезают. Точка Кюри для железа, например, равна 
, а для сплава, имеющего 
и 
она равна 
. При охлаждении ферромагнитные свойства восстанавливаются.
Описание установки и метода измерения.
Для определения точки Кюри применяется установка, схема которой приведена на Рис.1.
В печь 1 помещается образец 2, который нагревается спиралью 3.
-68-
При протекании тока через спираль 3 индуцируется ток во вторичной обмотке 4. Этот ток регистрируется микроамперметром. Первичная обмотка отделена от вторичной слоем теплоизолирующего вещества.
Рис.1
Температура образца измеряется термометром или термопарой. При достижении температуры Кюри магнитные свойства образца изменяются, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке уменьшается. Причина такого изменения ЭДС заключается в следующем: нагревательная спираль обладает как индуктивным, так и активным сопротивлением 
(см. Рис.2).
Рис.2
Применяя второй закон Кирхгофа для мгновенных значений тока и напряжения, получим: 
Отсюда 
(1)
Известно, что 
, где 
- магнитный поток, пронизывающий 
витков первичной обмотки; 
- магнитный поток, проходящий через один виток.
-69-
Такой же магнитный поток пронизывает каждый виток вторичной обмотки 
.
Тогда ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках равны соответственно 
и 
откуда
(2).
При изменении магнитных свойств ферромагнетика (при достижении температуры точки Кюри) 
можно считать равной нулю. Это видно из выражения 
т.к. 
- резко уменьшается.
Выполнение работы.
1. Собрать установку по схеме Рис.2.
2. Включить печь, через каждые 
по термометру записывают показания микроамперметра, включённого во вторичную обмотку нагревателя.
3. Когда ток во вторичной обмотке начнёт уменьшаться, показания микроамперметра отмечают через каждые 
.
4. Результаты всех измерений записывают в таблицу 1.
| ||||||||
 
|
5. По полученным данным строят графики 
. На оси откладывают показания микроамперметра, а на оси 
- температуру, измеренную термометром.
6. По графику определяют точку Кюри исследуемого образца.
Контрольные вопросы
1. Почему значение 
для ферромагнетиков велико?
2. Дать определение точки Кюри.
3. Объясните характер поведения кривой 
.
4. Объясните резкое понижение ЭДС во вторичной обмотке при достижении образцом точки Кюри.
5. Приведите примеры применения магнетиков в технике.
6. Что произойдет, если питать установку постоянным током?
-70-
Работа №12
Изучение работы Электронного осциллографа.
Приборы и принадлежности: Электронный осциллограф, звуковой генератор, автотрансформатор РНШ, трансформатор разборный школьный, соединительные провода, вольтметр.
Теоретическое введение
Осциллограф – это прибор, предназначенный для исследования периодических процессов, путём визуального наблюдения за ними на экране электронно-лучевой трубки.
По осциллограмме исследуемого электрического сигнала можно определить его амплитуду, период, частоту и другие параметры.
На Рис.1 показана структурная схема осциллографа.
Рис.1
На этом рисунке показаны основные части (блоки) осциллографа: электронно-лучевая трубка, делитель входного напряжения (сигнала), усилители вертикального и горизонтального отклонения, устройство синхронизации
- генератор развертки
- блок питания.
Исследуемое напряжение (сигнал) через клеммы «вход - 
» поступает на делитель, затем на усилитель вертикального отклонения, который усиливает сигнал до величины, удобной для рассмотрения на экране электронно-лучевой трубки
-71-
В усилителе имеется регулировка усиления и регулировка смещения луча по вертикали: «Усиление У», «Ось У вниз - вверх».
Кроме того исследуемое напряжение может подаваться непосредственно на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки минуя делитель и усилитель.
При изучении временной зависимости исследуемого сигнала он подается на «Вход У», а на горизонтально отклоняющие пластины должно быть подано напряжение с генератора, развертки, обеспечивающее временную развертку электронного луча по горизонтали.
На горизонтально отклоняющие пластины от генератора развертки подаются пилообразные напряжения, отличающиеся по фазе на 
. См. Рис.2.
Рис.2
Например, в момент времени 
, световое пятно переместится на экране трубки к левому краю (точка А).
От до 
напряжение на правой пластине возрастает, а на левой пластине возрастает отрицательный потенциал, т.е. от до световое пятно будет перемещаться от левого края до правого (точка Б). Затем на малый промежуток времени (от до 
) световое пятно возвратится в исходное положение на левый край экрана и весь цикл повторяется многократно.
-72-
На экране получается изображение прямой линии, представляющей равномерную шкалу времени.
Частота генератора развертки может изменяться ступенями и в пределах каждой ступени – плавно («Диапазоны частот», «Частота плавно»).
Для того, Чтобы получить на экране электронно-лучевой трубки неподвижное изображение, нужно, чтобы частота развертки была точно равна или в целое число раз меньше частоты исследуемого напряжения. Если такого соответствия частот не будет, то изображение будет медленно продвигаться по экрану влево или вправо.
Однако, частота генератора развертки недостаточно стабильна, поэтому изображение на экране будет «плыть». Для устранения этого недостатка необходимо генератор развертки синхронизировать, (т.е. согласовать во времени) с частотой исследуемого напряжения. С этой целью к генератору развертки подводится синхронизирующее напряжение (
).Синхронизация может осуществляться: исследуемым сигналом, с частотой 
(сетью) или от другого постоянного источника.
Режим синхронизации выбирается переключателем «Синхронизация», который имеет 3 позиции: «внутренняя», «от сети», «внешняя».
Напряжение от генератора развертки подается на вход усилителя горизонтального отклонения, где усиливается до величины 
. В этом усилителе имеются регулятор чувствительности «Усиление» и регулятор горизонтального смещения луча «Ось влево – вправо».
Усилитель горизонтального отклонения может подключатся через клеммы «Вход » и «
». В этом возникает необходимость при некоторых измерениях. При работе осциллографа, а в таком режиме генератор развертки отключается.
Для обеспечения работы всех узлов осциллографа соответствующие напряжения на них подаются от стабилизированного блока питания.
-73-
Важнейшей частью осциллографа является электронно-лучевая трубка. Устройство и принцип работы ее описан в учебных пособиях по курсу электричества (см. список рекомендуемой литературы).
Перед началом работы с осциллографом необходимо убедиться в отсутствии наружных повреждений. Ознакомиться с расположением и назначением основных органов управления на лицевой панели. Проверить возможность плавного вращения и надежность крепления ручек управления, вращая каждую ручку вправо-влево.
Проверить надежность фиксации положения: переключателей.
После этого:
1. Включить шнур питания в сеть.
2. Ручки управления установить в следующие положения: «Яркость»- в крайнее правое; «Фокус»- в среднее; «Усиление У» - в крайнее левое; «Усиление » - крайнее правое; ручки смещения луча – в среднее положение. Переключатель «диапазон» - в положение «30». Ручку «синхронизация» в положение «внутр.» или «от сети». Рукоятку «Делитель» в положение «10».
Выполнив перечисленные операции, выключатель «сеть» перевести в положение «Включено». При этом загорается сигнальная лампочка.
Через 1-2 мин. на экране появится яркий горизонтальный штрих – след луча. Если он не появляется, то необходимо вывести луч на экран медленным вращением рукояток «Ось влево – вправо», «Ось У вверх – вниз». Затем рукояткой «Фокус» установить четкое изображение штриха. Рукояткой «Усиление » устанавливают необходимый горизонтальный размер данного штриха.
Для проверки работоспособности осциллографа необходимо коротким проводником соединить клеммы «Контрольный сигнал» и «Вход У». Ручку «Усиление У» повернуть вправо.
При этом на экране осциллографа должна появиться синусоида.
-74-
Ручками «Частота плавно» установить такую частоту развертки, при которой на экране наблюдается один или несколько периодов исследуемого сигнала. Вращение ручки «Амплитуда синхронизации» установить неподвижное изображение. Ручками «Усиление У», «Усиление » и «Делитель» установить желаемый масштаб изображения.
Выполнение работы
Упражнение 1. Наблюдение кривых синусоидального
напряжения различной частоты.
Для наблюдения кривых синусоидального напряжения на вход осциллографа «
» подаётся напряжение от звукового генератора. Для этого переключатель «Диапазон частот» следует поставить в положение «50».
Плавно изменяя частоту напряжения звукового генератора, добиваются получения на экране осциллографа одного периода синусоидального напряжения. Зарисовывают в масштабе полученную осциллограмму.
Изменяя частоту звукового генератора в 2,3,4 раза снова добиваются устойчивого изображения синусоиды на экране осциллографа. Зарисовывают в масштабе все полученные осциллограммы.
Упражнение 2. Измерение чувствительности отклоняющих
пластин электронно-лучевой трубки.
Чтобы с помощью осциллографа можно было измерить амплитуду исследуемого сигнала (эффективное значение), необходимо знать зависимость величины отклонения луча от амплитуды (эффективного значения) подводимого напряжения т.е чувствительность вертикально – отклоняющих пластин. 
,
где - линейный размер вертикальной линии на экране осциллографа, полученной под воздействием исследуемого напряжения.
1. Собрать цепь по схеме Рис.3. Выключить генератор развертки осциллографа. Исследуемое напряжение подводится непосредственно на пластины «» расположенные на задней панели осциллографа.
-75-
2. Включив осциллограф, выводят луч на центр экрана. Подав на отклоняющие пластины напряжение в пределах 40 В, измеряют по масштабной сетке экрана величину отклонения луча. Вычисляют чувствительность 
.
Рис.3
3. Измерения произвести для нескольких значений 
. Результаты занести в таблицу, найти среднее значение 
Таблица 1.
| №№ п/п | Измерено | Вычислено | ||
|
|
|
| |
| 1. 2. 3. |
Упражнение 3. Измерение напряжений.
1. Собрать схему Рис.4.
2. Измерить при помощи осциллографа напряжение по заданию преподавателя. Использовать для этой цепи значение , вычисленное в предыдущем упражнении.
Рис.4
-76-
Упражнение 4. Измерение частоты исследуемого напряжения при помощи фигур Лиссажу.
Осциллограф позволяет с большей степенью точности измерить частоту исследуемого напряжения путем наблюдения фигур Лиссажу.
При отключенном генераторе развертки на входе «» и «
» подаются два разных синусоидальных напряжения.
В качестве одного из этих напряжений можно использовать контрольный сигнал, а другой – от звукового генератора.
1. Добившись примерно одинаковых амплитуд этих напряжений, устанавливают частоту звукового генератора . Изменяя частоту звукового генератора в небольшом интервале около установленной частоты, добиваются устойчивой осциллограммы. На экране должны получиться: окружность, прямая или эллипс. Эта картина соответствует равенству частот. Зарисовать полученную осциллограмму.
2. Плавно увеличивают частоту звукового генератора до тех пор, пока не получится вновь устойчивая осциллограмма. Фиксируют эту частоту, зарисовывают осциллограмму. Опыт продолжить, увеличив частоту звукового генератора в 3,4 раза.
Дополнительное задание
Применять местами напряжение на «» и на «». Провести аналогичные наблюдения, сделать выводы.
Примечание: При оформлении работы в тетради необходимо: Все осциллограммы зарисовывать в натуральную величину по координатной сетке.
Контрольные вопросы
1. Назначение осциллографа.
2. Устройство и работа электронно-лучевой трубки.
3. Назначение и роль генератора развертки осциллографа.
4. Каким должен быть период развертывающего напряжения по сравнению с исследуемым?
5. На какой из электродов подается исследуемое напряжение?
6. Что понимается под чувствительностью отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки?
-77-
7. Каковы способы измерения яркости и фокусировки луча в электронно-лучевой трубке?
-78-
Приложение 1.
В пособии приняты следующие обозначения электрических и магнитных величин:
- сила постоянного тока;
- напряжение в цепи постоянного тока;
- мощность цепи постоянного тока;
- Электрическое (омическое) сопротивление;
- ЭДС источника постоянного тока;
- напряженность магнитного поля;
- индукция магнитного поля;
- напряженность электрического поля;
- индуктивность (коэффициент самоиндукции);
- ёмкость конденсатора.
В цепях переменного тока:
- мгновенные значения тока, напряжения, ЭДС,
- амплитудные значения тока, напряжения, ЭДС,
- эффективные (действующие) значения тока, напряжения, ЭДС;
- активная мощность цепи;
- реактивная мощность цепи;
- реактивная индуктивная мощность цепи;
- реактивная ёмкостная мощность цепи;
- полная (кажущаяся) мощность цепи;
- реактивное сопротивление цепи;
- реактивное индуктивное сопротивление цепи;
- реактивное ёмкостное сопротивление цепи;
-полное сопротивление цепи;
-79-
Приложение2.
В соответствии с ГОСТом элементы электрических цепей изображаются на схемах при помощи условных знаков.
Ниже приведены условные графические обозначения (УГО) некоторых элементов электрических цепей, используемых в практикуме.
Резисторы
- резистор постоянный (общее обозначение).
- резистор переменный (потенциометр).
- резистор переменный с плавной регулировкой
сопротивления.
- резистор переменный со ступенчатой
регулировкой сопротивления.
Конденсаторы
- конденсатор постоянной ёмкости.
- конденсатор переменной ёмкости.
-80-
Катушки индуктивности, трансформаторы.
- катушка индуктивности (общее
обозначение).
- катушка индуктивности с
ферромагнитным сердечником.
- трансформатор
- автотрансформатор
Включатели и переключатели.
- однополюсный выключатель.
- двухполюсный выключатель, рубильник.
- переключатель двухполюсный.
-81-
- переключатель галетный,
многопозиционный.
Прочие элементы.
- полупроводниковый диод.
- химический источник тока,
гальванический элемент.
- батарея химических источников тока.
- пересекающие, но не соединенные
проводники.
- соединяющиеся проводники. Место
соединения указано точкой.
- ответвление проводника.
- узел.
-82-
- электроизмерительный прибор - амперметр.
- электроизмерительный прибор – вольтметр.
- электрическая лампочка, лампа
индикаторная.
- электромотор, генератор.
- электронно-лучевая трубка с
электростатическим управлением лучом.
Размеры на рисунках даны в миллиметрах. Допускается изменение масштаба условных обозначений элементов.
