Ćwiczenie U.9.1 Tytuł ćwiczenia: Pomiar ładunku elektrycznego kuli umieszczonej w jednorodnym polu elektrycznym.

Transkrypt

1 Ćwiczenie U.9.1 Tytuł ćwiczenia: Pomiar ładunku elektrycznego kuli umieszczonej w jednorodnym polu elektrycznym. Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z własnościami jednorodnego pola elektrycznego. Krótki opis ćwiczenia: Naładowana kulka o masie m zawieszona na nici o długości l ulega odchyleniu w polu elektrycznym kondensatora płaskiego. Mierząc kąty odchylenia przy kilku różnych natężeniach pola elektrycznego można wyznaczyć ładunek elektryczny kuli. Wymagana wiedza ucznia: - Pole elektryczne, wielkości charakteryzujące pole elektryczne - Prawo Coulomba, ładunek elektryczny, jednostki ładunku - Kondensatory, pojemność elektryczna kondensatora, natężenie pola między okładkami kondensatora płaskiego - Analiza sił działających na naładowaną kulę wahadła umieszczonego w jednorodnym polu elektrycznym. Wyprowadzenie wzoru na ładunek kuli. Wykonanie doświadczenia: - Zmierzyć masę kuli, długość wahadełka ( jest ona równa sumie długości nici i promienia kulki) oraz odległość pomiędzy okładkami kondensatora płaskiego. Uwaga: Pomiary te należy wykonać przy wyłączonym napięciu zasilającym! - Włączyć zasilacz i ustawić wartość napięcia zasilającego. - Doprowadzić kulkę do zetknięcia z jedną z okładek kondensatora a następnie odsunąć ją od okładki. - Odczytać położenie kulki na tle skali zwierciadlanej dla danej wartości napięcia na okładkach kondensatora. Pomiar powtórzyć kilkakrotnie przy różnych wartościach napięcia. Uwaga: przednia szyba szafki mieszczącej kondensator musi być zamknięta! Dotykanie elementów układu pomiarowego będących pod napięciem grozi porażeniem prądem elektrycznym!

2 - Wyłączyć napięcie zasilające a następnie rozładować okładki kondensatora - Zmierzyć położenie nieodchylonej kulki. - Obliczyć wychylenie kulki z położenia równowagi dla kolejnych wartości napięcia na okładkach kondensatora:. i określić odpowiadające im kąty odchylenia. Dla małych wychyleń można skorzystać z wzoru: Obliczyć wartość ładunku kulki przy każdym wychyleniu: a następnie znaleźć średnią wartość ładunku Q. Wskazówki do dyskusji błędów: - Przy pomiarach wychylenia kulki z położenia równowagi unikać błędu paralaksy: nić na której wisi kulka powinna pokrywać się ze swym odbiciem na skali zwierciadlanej. - Błąd wartości średniej ładunku kulki można określić licząc błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

3 Ćwiczenie U.9. Tytuł ćwiczenia Pomiar rezystancji za pomocą mostka Wheatstone a Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z zasadą pomiaru oporu elektrycznego w układzie mostka Wheatstone a. Krótki opis ćwiczenia: Uczniowie zestawiają prosty układ Wheatstone a ze struną oporową, a następnie mierzą rezystancję pojedynczych oporników oraz układu oporów. Wyniki pomiarów porównują z danymi uzyskanymi na mostku fabrycznym. Wymagana wiedza ucznia: - Prawo Ohma. Prawa Kirchhoffa. - Układ mostka Wheatstone a wyprowadzenie wzoru na opór mierzony. - Szeregowe i równoległe łączenie oporów. Opór zastępczy układu. Przyrządy pomiarowe i materiały: Struna oporowa ze skalą i ślizgaczem, czuły miliamperomierz z zerem pośrodku skali, opornica suwakowa 10, bateria 4,5V, opór dekadowy, opory nieznane, przerywacz, omomierz cyfrowy. Wykonanie ćwiczenia: - Połączyć układ pomiarowy według schematu:

4 - Nastawić opornicę suwakową na średni opór. Zamknąć przerywacz. Przesuwając ślizgacz po strunie oporowej oraz zmieniając wartość rezystancji na oporniku dekadowym R doprowadzić mostek do równowagi (miliamperomierz wskazuje zero) przy położeniu ślizgacza w pobliżu środka struny (najmniejszy błąd pomiaru). - Uczulić mostek przez zmniejszenie do zera oporu opornicy suwakowej i ewentualnie skorygować położenie ślizgacza. Odczytać długości l 1 i l oraz wartość oporu R gdy mostek jest w równowadze. Obliczyć opór nieznany R x : R x - W podobny sposób zmierzyć rezystancję kilku innych oporników, a następnie opór całkowity przy ich połączeniu szeregowym i równoległym. - Powtórzyć wszystkie pomiary na omomierzu cyfrowym. Porównać uzyskane wyniki z wynikami pomiarów na mostku strunowym. R l l 1 Literatura: 1. T. Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa H. Szydłowski, Pracownia fizyczna wspomagana komputerem, PWN, 003.

5 Ćwiczenie U.9.3 Tytuł ćwiczenia: Pomiary indukcji magnetycznej pola wytworzonego przez obwody z prądem Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z pomiarem indukcji magnetycznej za pomocą osiowej sondy Halla. Krótki opis ćwiczenia: Przesuwając sondę teslomierza wzdłuż osi zwojnicy, w której płynie prąd stały o znanym natężeniu można zbadać rozkład indukcji magnetycznej na osi cewki i porównać wyniki pomiarów z rezultatami obliczeń przeprowadzonych w oparciu o znane wzory na indukcję magnetyczną na osi solenoidu. Wymagana wiedza ucznia: - Pole magnetyczne. Natężenie pola magnetycznego. Indukcja magnetyczna. Strumień indukcji magnetycznej. - Prawo Biota Savarta. - Prawo Ampere a. - Indukcja magnetyczna na osi kołowego przewodnika z prądem i na osi solenoidu. Przyrządy pomiarowe i materiały: Komplet siedmiu zwojnic o różnych średnicach i liczbie zwojów, osiowa sonda Halla z modułem pomiarowym Tesli, zasilacz uniwersalny, czujnik ruchu, czujnik natężenia prądu, ława ze skalą liniową, przewody z zaciskami, interfejs Cobra 3. Wykonanie doświadczenia: 1. Przeglądnąć i sprawdzić układ pomiarowy firmy Phywe zgodnie ze wskazaniami szczegółowej instrukcji dołączonej do ćwiczenia.. W obecności prowadzącego ćwiczenia włączyć zasilacz ( przełącznik na tylnej ściance) ustawiając pokrętła regulacji napięcia i natężenia na minimum. Wprowadzić okno startowe Cobra 3 Force/Tesla. 3. Zmierzyć rozkład indukcji magnetycznej na osi wybranej cewki z prądem elektrycznym. W tym celu:

6 - Odnotować promień R, liczbę n zwojów oraz długość l cewki. - Podłączyć cewkę do zasilacza prądu stałego. Manipulując pokrętłami natężenia i napięcia ustalić wartość natężenia I prądu płynącego przez cewkę. Uwaga: nie można przekraczać maksymalnego natężenia podanego dla danej cewki przez producenta! Najlepiej ustawić natężenie o około 0% mniejsze. - Ustawić sondę Halla tak, aby jej koniec znalazł się w środku cewki. Sprawdzić, czy czujnik ruchu wskazuje w tym położeniu wartość z = 0. Następnie ustawić koniec sondy na wlocie cewki. - Postępując zgodnie z wskazaniami instrukcji szczegółowej przesuwać sondę wzdłuż osi z cewki mierząc w kilkunastu punktach wartość indukcji magnetycznej B. Wydrukować wykres B(z). 4. Obliczyć wartość indukcji we środku cewki ( z = 0) ze wzoru: nl 0 B, 4R l 7 N gdzie jest przenikalnością magnetyczną próżni. A Wyniki obliczeń porównać z danymi eksperymentalnymi dla z = Pomiary i obliczenia wykonane w punktach 3, 4 powtórzyć dla kilku zwojnic o innych parametrach. Literatura: 1. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki t.3, PWN, Warszawa A.K.Wróblewski, J.A.Zakrzewski, Wstęp do fizyki t., cz., PWN, Warszawa H.Szydłowski, Pracownia fizyczna wspomagana komputerem, PWN, Warszawa 003.

7 Ćwiczenie U.9.4 Tytuł ćwiczenia: Badanie zjawiska histerezy magnetycznej ferromagnetyków Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się ze zjawiskiem histerezy magnetycznej. Krótki opis ćwiczenia: Umieszczenie ciała ferromagnetycznego w polu magnetycznym powoduje uporządkowanie domen magnetycznych i wzrost namagnesowania. Po usunięciu pola próbka pozostaje namagnesowana. Stosując zmienne pole magnetyczne można zaobserwować zamkniętą krzywą zwaną pętlą histerezy magnetycznej, z której można odczytać charakterystyczne wielkości tj. indukcję nasycenia, pozostałość magnetyczną, natężenie koercji. Do badania pętli histerezy można wykorzystać oscyloskop, ponieważ odczytywane w układzie napięcie U będzie proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego H i indukcji magnetycznej B. Wymagana wiedza ucznia: - Pole magnetyczne, wielkości charakteryzujące pole magnetyczne. - Pole magnetyczne przewodnika z prądem, pole magnetyczne cewki. - Klasyfikacja ciał pod względem ich własności magnetycznych. - Ferromagnetyki, histereza magnetyczna. - Indukcja elektromagnetyczna, współczynnik indukcji własnej cewki. Przyrządy pomiarowe i materiały: Oscyloskop, autotransformator, dwa oporniki wzorcowe, kondensator wzorcowy, badana próbka materiału ferromagnetycznego z nawiniętymi uzwojeniami, przymiar milimetrowy, miernik napięcia zmiennego. Wykonanie doświadczenia: - Wyznaczyć wartość średniej drogi strumienia magnetycznego l śr w rdzeniu wykonanym z badanego materiału ferromagnetycznego, oraz powierzchnię jego przekroju poprzecznego. - Zestawić układ pomiarowy według schematu:

8 Uwaga: oscyloskop (model 350 C) powinien być przygotowany do pracy w trybie X-Y. W tym celu należy przełączyć pokrętło TIME/DIV na pozycję X-Y. Na wejście CH-B należy podać sygnał odchylania poziomego (X) a na wejście CH-A sygnał odchylania pionowego (Y). - Włączyć oscyloskop i za pomocą pokręteł przesuwu plamki w kierunku osi x i y oscyloskopu ustawić plamkę dokładnie w środku ekranu, w punkcie przecięcia się osi jego układu współrzędnych. - Pokrętło autotransformatora ATr ustawić w lewym skrajnym położeniu. Włączyć zasilanie układu pomiarowego. Rozmagnesować próbkę badanego ferromagnetyka. W tym celu należy dobrać za pomocą autotransformatora wartość napięcia, tak, aby przy odpowiednio dobranych czułościach wzmacniacza X i Y uzyskać na ekranie oscyloskopu pętlę histerezy. Następnie wolno zmniejszać autotransformatorem napięcie do zera. - Przystosować oscyloskop do pomiaru napięć. W tym celu potencjometry płynnej regulacji czułości wzmocnienia kanału X i Y przekręcić na pozycję CAL (do oporu zgodnie z ruchem wskazówek zegara). - Ustawić za pomocą autotransformatora wartość napięcia, przy którym na ekranie oscyloskopu otrzymamy pętlę histerezy dostatecznie dużych rozmiarów. Można też skorzystać ze skokowej regulacji czułości kanałów A i B. Pętla histerezy powinna zajmować całą powierzchnię pomiarową oscyloskopu. - Odczytać długości odcinków pętli histerezy odpowiadające podwojonej długości natężenia koercji S x, indukcji remanencji S y, oraz indukcji nasycenia badanego ferromagnetyka B max. Odnotować czułości k x i k y kanałów X i Y oscyloskopu. - Rozmontować układ do badania pętli histerezy. Wartości oporów R 1 i R, oraz pojemność C kondensatora wzorcowego zmierzyć za pomocą mostka RLC.

9 - Obliczyć natężenie koercji H k i indukcję remanencji B r z zależności: H k S x k R 1 x z l śr 1, B r S y k y z R S C, gdzie k x, k y - czułość kanałów X i Y oscyloskopu, a z 1, z - ilość zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego. - Obliczyć współczynnik dobroci badanego materiału ferromagnetycznego: Q B r H k Literatura: 1. H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa A, H. Piekara, Elektryczność i budowa materii. cz. 1, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa D. Halliday, R. Resnick, Fizyka, cz., PWN, Warszawa 001.

10 Ćwiczenie U.9.5 Tytuł ćwiczenia: Pomiar pojemności kondensatora i współczynnika samoindukcji metodą mostkową. Cel dwiczenia: Praktyczne zapoznanie się ze sposobem łączenia ze sobą kondensatorów i zwojnic. Zapoznanie się z metodą mostkową wyznaczania pojemności kondensatorów i indukcyjności zwojnic. Krótki opis dwiczenia: Pomiar pojemności kondensatora i indukcyjności zwojnicy może być przeprowadzony za pomocą mostków prądu przemiennego. Uczniowie zestawiają prosty układ mostkowy ze struną oporową, a następnie porównują mierzoną pojemność kondensatora z pojemnością znaną. Podobna metoda jest stosowana dla zwojnicy. Wymagana wiedza ucznia: Pojemnośd elektryczna, definicja, jednostka w układzie SI. Współczynnik samoindukcji zwojnicy, definicja, jednostka w układzie SI. Kondensatory, rodzaje i sposoby ich łączenia w baterie kondensatorów, pojemnośd zastępcza. Zwojnice, rodzaje zwojnic, łączenie zwojnic w baterie, indukcyjnośd zastępcza. Kondensator i zwojnica w obwodzie prądu przemiennego. Przyrządy pomiarowe i materiały: Listwa z drutem oporowym, kondensator dekadowy, indukcyjnośd dekadowa, generator akustyczny, badane kondensatory, badane zwojnice. Wykonanie doświadczenia: Pomiar pojemności kondensatora za pomocą mostka Sautego. Zestawid układ do pomiaru pojemności kondensatorów według schematu.

11 Generator akustyczny nastawid na częstotliwośd, przy której ucho ludzkie ma największą czułośd ( ~1000*Hz+). Uwaga: W przypadku gdy wiemy, jakiego rzędu jest wartośd pojemności C x, to wartośd pojemności C w należy ustawid zbliżoną do tej wartości, a następnie przesuwając ślizgacz wzdłuż drutu oporowego doprowadzid do sytuacji, w której następuje zanik słyszanego w słuchawce dźwięku. Jeżeli punkt, w którym to osiągnęliśmy, leży zbyt daleko od położenia środkowego ślizgacza, należy skorygowad wartośd pojemności wzorcowej C w i pomiary powtórzyd. W przypadku, gdy wartośd pojemności C x nie jest bliżej znana, należy ślizgacz ustawid w położeniu środkowym, a następnie pokręcając gałkami kondensatora dekadowego C w doprowadzid do częściowego zaniku słyszanego w słuchawce dźwięku. Całkowite wyciszenie uzyskujemy przesuwając suwak wzdłuż drutu oporowego. Po ustaleniu równowagi mostka odczytad wartośd długości l 1 i 1 oraz nastawioną wartośd kondensatora dekadowego C w. Obliczyd wartośd mierzonej pojemności kondensatora: C x C W l l 1 Pomiary powtórzyd dla innych kondensatorów, a następnie po wyznaczeniu ich pojemności wyznaczyd pojemności zastępcze układów, kondensatorów połączonych szeregowo i równolegle. Porównad wartości pojemności zastępczych uzyskanych na drodze pomiaru i przez obliczenia rachunkowe w oparciu o wartości poszczególnych pojemności wchodzących w skład układu zastępczego. Pomiar współczynnika samoindukcji za pomocą mostka Maxwella-Wiena.

12 Połączyd układ według schematu. Opór dodatkowy R służy do wyrównywania oporów czynnych w mostku. Zmieniając wartośd indukcyjności dekadowej L 0 (a tym samym jej opór czynny R 0 ), oraz manipulując suwakiem i oporem dekadowym R znaleźd wartości L 0, l 1, l, przy których następuje wyciszenie tonu w słuchawkach. Pomiary kilkakrotnie powtórzyd. Obliczyd wartośd mierzonej indukcyjności zwojnicy L x L l 1 0 l Zmierzyd indukcyjnośd badanych zwojnicy za pomocą mostka uniwersalnego RLC. Porównad wynik pomiaru na mostku RLC z obliczonym wynikiem. Literatura: H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektrycznośd i magnetyzm, PWN, Warszawa A, H. Piekara, Elektrycznośd i budowa materii. cz. 1, Elektrycznośd i magnetyzm, PWN Warszawa 197. D. Halliday, R. Resnick, Fizyka, cz., PWN, Warszawa 001. E. Purcel, Elektrycznośd i magnetyzm, PWN, Warszawa 1975.

13 Ćwiczenie U.9.6 Tytuł ćwiczenia: Indukcyjność własna i pojemność w obwodach prądu przemiennego. Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z zależnościami fazowymi i ze zjawiskiem rezonansu w obwodach RLC. Krótki opis ćwiczenia: Podczas przepływu prądu przemiennego przez obwód zawierający oporniki, kondensatory i cewki między napięciem i natężeniem prądu powstaje przesunięcie fazowe zależne od oporu R, pojemności C i indukcji własnej L. Wielkość przesunięcia fazowego można zaobserwować na oscyloskopie dwukanałowym. Mierząc kąt przesunięcia fazowego można określić wartość parametrów C i L dla różnych kondensatorów i cewek. W oparciu o otrzymane wartości C i L można otrzymać częstotliwość rezonansową obwodu i sprawdzić ją na oscyloskopie. Wymagana wiedza ucznia: - Prąd sinusoidalnie zmienny, wartość skuteczna i szczytowa napięcia i natężenia prądu. - Rola indukcyjności i pojemności w obwodach prądu zmiennego. - Zależności amplitudowe i fazowe między napięciem i natężeniem prądu w obwodach RL, RC, RLC. - Zjawisko rezonansu, częstotliwość rezonansowa. Przyrządy pomiarowe i materiały: oscyloskop dwukanałowy, opornica dekadowa, kondensator, zwojnica, generator, mierniki uniwersalne. Wykonanie doświadczenia: - Zestawić szeregowy obwód z indukcyjnością, oporem i źródłem sinusoidalnej siły elektromotorycznej:

14 - Zmierzyć spadek napięcia U na zaciskach cewki i prąd I w obwodzie. Zanotować częstotliwość f ustawioną na generatorze. Obliczyć indukcyjność zwojnicy: L U f I. - Na ekranie oscyloskopu dwukanałowego zmierzyć przesunięcie fazowe między napięciem i natężeniem. Znając wartość oporu R na oporniku dekadowym obliczyć indukcyjność zwojnicy: Porównać wyniki otrzymane obiema metodami. L R tg f - W obwodzie zastąpić zwojnicę kondensatorem. Dokonać pomiaru pojemności kondensatora dwiema metodami jak przy pomiarze indukcyjności, korzystając z wzorów: C I 1 C f U f R tg - Zestawić analogiczny obwód z pojemnością i indukcyjnością połączonymi szeregowo. Z danych otrzymanych z poprzednich pomiarów obliczyć częstotliwość rezonansową obwodu: f r Sprawdzić otrzymaną wartość częstości rezonansowej obserwując zależności fazowe i amplitudowe na oscyloskopie i miernikach. 1 L C.

15 Literatura: 1. E. M. Purcell, Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa D. Halliday, R. Resnick, Fizyka, cz., PWN, Warszawa J. Orear, Fizyka cz.1. WNT Warszawa 1990

16 Ćwiczenie U.9.7 Tytuł ćwiczenia: Pomiar mocy prądu zmiennego za pomocą watomierza Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z pomiarem mocy i pracy prądu przemiennego Krótki opis ćwiczenia: Po zestawieniu układu pomiarowego z watomierzem można zmierzyć moc żarówki przy różnych stopniach rozżarzenia jej włókna. Na końcu mierzymy moc żarówki przy jej napięciu znamionowym porównując wynik z wynikiem pomiaru mocy żarówki energooszczędnej. Wymagana wiedza ucznia: - Praca i moc prądu sinusoidalnie zmiennego, na poszczególnych elementach obwodu, praca i moc pozorna. - Prąd sinusoidalnie zmienny, wielkości charakteryzujące. Przyrządy pomiarowe i materiały: Autotransformator, watomierz, licznik energii elektrycznej, dwa mierniki uniwersalne, żarówka. Wykonanie doświadczenia: 1. Pomiar mocy żarówki - Zestawić układ pomiarowy:

17 - Zmierzyć moc pobieraną przez żarówkę przy różnych napięciach zasilania. - Obliczyć moc P 0 czerpaną ze źródła przez żarówkę ze wzoru: P R R V 0 Pw U 0, R RV gdzie: U 0 skuteczna wartość napięcia na zaciskach odbiornika R opór cewki napięciowej watomierza (15 kω na zakresie 100 V) R V opór wewnętrzny woltomierza. P w moc wskazywana przez watomierz - Obliczyć współczynnik mocy odbiornika: cos 0 P0 U I 0 0, gdzie przy czym jest natężeniem prądu wskazywanym przez amperomierz.. Pomiar energii prądu zmiennego jednofazowego za pomocą licznika

18 - Zestawić układ pomiarowy według schematu: - Zanotować początkowe wskazania licznika L p. - Dokonać pomiaru poboru energii przez odbiornik w ciągu czasu t=45 minut. - Odczytać stan końcowy licznika L k. - Obliczyć pobór energii: W l =L k -L p. Uwaga: Podczas łączenia i rozmontowywania obwodu, wtyczka autotransformatora powinna być wyłączona z gniazdka sieciowego! Literatura: 1. A. H. Piekara, Elektryczność i budowa materii. cz. 1, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa M. Łapiński, Miernictwo elektryczne, WNT, Warszawa.

19 Ćwiczenie U.9.8 Tytuł ćwiczenia: Badanie transformatora Cel ćwiczenia: Praktyczne zapoznanie się z budową i zasadą działania transformatora. Krótki opis ćwiczenia: Do jednego z uzwojeń transformatora (pierwotnego) przykłada się zmienne napięcie i bada zależność napięcia indukowanego w drugim uzwojeniu (wtórnym) oraz płynącego w nim prądu od liczby zwojów obu uzwojeń, napięcia i prądu w uzwojeniu pierwotnym. W oparciu o otrzymane wyniki można obliczyć przekładnię i wydajność transformatora. Wymagana wiedza ucznia: - Transformator, budowa i zasada działania. - Bieg jałowy i roboczy transformatora. - Przesunięcie fazowe napięcia i natężenia prądu w czasie biegu jałowego i roboczego transformatora. - Wydajność transformatora. Przyrządy pomiarowe i materiały: autotransformator, woltomierze, amperomierze, watomierze, opornica suwakowa, transformator. Wykonanie doświadczenia: 1. Badanie biegu jałowego transformatora. Wyznaczanie jego przekładni - Połączyć obwód według schematu:

20 - Zmieniając napięcie U 1 od o do 30 V (nie więcej) odczytać każdorazowo natężenie I 0 jałowego biegu transformatora i napięcie U w obwodzie wtórnym (około 8-10 pomiarów).wyniki umieścić w tabelce: Obwód pierwotny Obwód wtórny Przekładnia Wartość średnia przekładni U 1 I 0 U - - Sporządzić wykres zależności I 0 = f (U 1 ) i obliczyć przekładnię transformatora.. Badanie biegu roboczego - Połączyć obwód według schematu: - Nastawić opór R na maksymalną wartość. - Zmieniając opór R, tak aby natężenie I 1 zmieniło się o około 1 A, notować wskazania amperomierzy, woltomierzy, watomierzy - Wyniki pomiarów umieścić w tabelce: Obwód pierwotny Obwód wtórny Wydajność U 1 I 1 M p1 =I 1 U 1 M r1 =I 1 U 1 cosφ 1 cosφ 1 U I M p =U I M r =I U cosφ cosφ transformatora

21 gdzie: M p - moc pozorna M r - moc rzeczywista - Sporządzić wykres zależności U = f (I ) napięcia od natężenia w uzwojeniu wtórnym. - Obliczyć: a) moc pozorną w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym: M p1 I1 U1, oraz M p I U b) wydajność transformatora dla poszczególnych obciążeń: W c) przesunięcie fazowe między napięciem i natężeniem prądu w uzwojeniu pierwotnym i I I 1 U U 1 wtórnym: cos 1 M r1, r cos M p1 M p M. Literatura: 1. E.M. Purcell, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN Warszawa Sz.Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa A. H. Piekara, Elektryczność i budowa materii. cz. 1, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 197.

22 Ćwiczenie U.9.9 Tytuł ćwiczenia: Cechowanie termopary metodą pomiaru prądu termoelektrycznego Cel ćwiczenia: Zapoznanie się ze zjawiskiem powstawania siły termoelektrycznej w obwodach utworzonych z dwóch różnych materiałów. Krótki opis ćwiczenia: Jeśli złącza dwu różnych metali umieścimy w różnych temperaturach to w obwodzie powstanie siła termoelektryczna, między złączami wystąpi różnica potencjałów i przez obwód popłynie prąd elektryczny. Natężenie prądu I będzie zależne od różnicy temperatur na stykach. Pomiar pozwoli na zbadanie charakteru tej zależności. Wymagana wiedza ucznia: - Klasyczna teoria przewodnictwa elektrycznego metali, kontakt dwóch metali, napięcie kontaktowe Galvaniego i Volty. Termopara. - Zjawisko Seebecka, siła termoelektryczna. - Szereg termoelektryczny metali. Przyrządy pomiarowe i materiały: Pojemnik z lodem, ultratermostat, termopara, galwanometr, opornik dekadowy, przerywacz. Wykonanie doświadczenia: - Zestawić układ pomiarowy według schematu: Lód

23 Uwaga: W czasie łączenia obwodu galwanometr powinien być zwarty kluczem K. Opór R na oporniku dekadowym ustawiamy na 1- kω. - Włączyć ultratermostat. - Otworzyć klucz K. - Na galwanometrze odczytać natężenie prądu termoelektrycznego (w działkach skali) dla danej różnicy temperatur pomiędzy złączami L i P w odstępach co C. - Gdy temperatura złącza P osiągnie C wyłączyć ultratermostat. - Jeśli plamka świetlna na skali galwanometru osiągnie pełne wychylenie przy niższej temperaturze złącza P można zakończyć pomiary na tej temperaturze. - Wykreślić zależność natężenia prądu termoelektrycznego (w działkach skali) od różnicy temperatur pomiędzy złączami L i P. Literatura: 1. H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa M. Skorko, Fizyka, PWN, Warszawa J. Massalski, Fizyka dla inżynierów, WNT, Warszawa 1975.

24 Ćwiczenie U.9.10 Tytuł ćwiczenia: Badanie zjawiska fotoelektrycznego. Cel ćwiczenia: Zbadanie charakterystyk: prądowo-napięciowej i oświetleniowej fotokomórki oraz fotodiody przy polaryzacji zaporowej. Krótki opis ćwiczenia: Układ umożliwia sporządzenie charakterystyki prądowo- napięciowej i oświetleniowej fotokomórki. Wymagana wiedza ucznia: - Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne- wzór Einsteina-Milikana. - Fotoefekt wewnętrzny. - Zjawisko fotoelektryczne w warstwach zaporowych. - Fotokomórka. Charakterystyka prądowo-napięciowa i oświetleniowa fotokomórki. Przyrządy pomiarowe i materiały: fotokomórka, fotodioda, zasilacz prądu stałego, zasilacz do lampy, opornica, ława optyczna, mikroamperomierz, woltomierz. Wykonanie doświadczenia: 1. Sporządzanie charakterystyki prądowo-napięciowej fotokomórki gazowanej - Połączyć układ pomiarowy według schematu:

25 - Fotokomórkę i źródło światła ustawić na ławie optycznej w odległości: 0,4-0,9 m Źródło światła powinno być punktowe, dlatego otworek oświetlacza nie może być szeroko otwarty. -Wyzerować mikroamperomierz. Oświetlić fotokomórkę. Zmieniając napięcie przyspieszające U od 0 do 75 V przy pomocy pokrętła regulacji płynnej odczytywać wskazania mikroamperomierza (I f ). - Powtórzyć pomiary I f =f(u) przy dwu innych, ustalonych odległościach źródła światła od fotokomórki.. Sporządzanie charakterystyk oświetleniowych fotokomórki gazowanej - Ustalić wartość napięcia przyspieszającego między elektrodami. - Zmieniać odległość L źródła światła od fotokomórki przesuwając żarówkę po ławie optycznej. Odczytać wartości fotoprądu I f odpowiadające danym odległościom pomiędzy fotokomórką, a źródłem światła. - Pomiary powtórzyć dla 3-5 ustalonych wartości napięcia przyśpieszającego między elektrodami. - Sporządzić wykresy I f = f(1/l ). 3. Wyznaczanie charakterystyk prądowo- napięciowych fotodiody - Zestawić układ według schematu: - Wyznaczyć charakterystyki prądowo-napięciowe fotodiody postępując analogicznie jak dla fotokomórki. Wartość U nie powinna przekraczać 30 V. 4. Sporządzanie charakterystyk oświetleniowych fotodiody - Dokonać pomiaru charakterystyki oświetleniowej analogicznie jak dla fotokomórki. 1 - Sporządzić wykresy: I f f. L

26 Literatura: 1. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3 Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa E. Purcell Elektrycznośc i magnetyzm, PWN, Warszawa H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa D. Halliday, R. Resnick, Fizyka, cz., PWN, Warszawa 5. J. Orear, Fizyka cz.. WNT Warszawa 1990.