Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Т_к

Ia, (мА)												0,8	0,68
												0,9	0,72
												1,0	0,78
												1,1	0,82
												1,2

5. С помощью значений взятых из таблицы 1 строится вольт-амперная характеристика диода. При этом для каждого значения температуры строится отдельная вольт-амперная характеристика.
6. С помощью формулы T_k=(U_k/(I_kR_k))T_x (T_x=20°C, R_k=0,5 Ом) для каждого значения U_k определяется температура катода.
7. Работа выхода электронов определяется с помощью первой и второй, второй и третьей и т.д. вольтамперных характеристик или с помощью следующих формул
, или
8. Работа выхода определяется в джоулях и электрон-вольтах и заносится в таблицу 2. Также определяютс среднее значение работы выхода, абсолютная и относительная ошибки.

Таблица 2

№	Uн, (V)	Iн, (A)	T, (K)	Iнас	A, (Дж)	Aср, (Дж)	∆A, (Дж)	∆Aср, (Дж)	100%
1	0,8	0,68	700
2	0,9	0,72	722
3	1,0	0,78	751
4	1,1	0,82	786

Контрольные вопросы
1. Объясните явление термоэлектронной эмиссии.
2. Что такое работа выхода электронов из металла?
3. Объясните строение, предназначение и работу двухэлектродной электронной лампы-диода.
4. Что такое вольтамперная характеристика диода?
5. Почему в диоде возникает ток насыщения? Объясните значение тока насыщения от температуры катода.
6. Напишите и объясните закон Богуславского-Ленгмюра.
7. Объясните принцип работы схемы.


Лабораторная работа № 14


Определение индуктивности катушки, сдвига фаз между током и напряжением и магнитной проницаемости среды


Цель работы: Определение индуктивности катушки с сердечником и без сердечника, а также магнитной проницаемости среды.
Приборы и принадлежности: катушка (соленоид), амперметр, вольтметр для постоянного и переменного тока, реостат, ЛАТР.


Теоретические сведения
В замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электродвижущая сила (ЭДС) электромагнитной индукции. ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока d/dt, сквозь поверхность, ограниченную этим контуром (закон Фарадея)
_i=–d/dt. (4.1)
Знак минус означает, что ЭДС индукции направлена так, что магнитное поле индукционного поля тока направлено против вызвавшего этот ток, изменения магнитного потока.
При изменении силы тока в контуре, будет изменяться и его собственный магнитный поток, следовательно, в контуре будет индицироваться ЭДС. Это явление называется самоиндукцией.
Поток связанный с контуром пропорционален току в контуре т.е.
=LI. (4.2)
Подставив выражение (4.2) в формулу (4.1), найдем ЭДС самоиндукции:
_i=–L(dI/dt). (4.3)
ЭДС самоиндукции пропорциональна изменению силы тока в единицу времени и препятствует этому изменению (знак минус).
Коэффициент пропорциональности L называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки и зависит от формы, размеров проводника и от магнитной проницаемости  среды.


При включении катушки в сеть постоянного тока (рис.4.1) она будет обладать омическим сопротивлением R, которое называют активным. Если включить эту катушку в цепь переменного тока (рис.4.2), то в результате изменения тока в цепи возникнет ЭДС самоиндукции, препятствующая изменению приложенного напряжения: замедляет его возрастание или убывание. Это приводит к увеличению сопротивления катушки. Дополнительное сопротивление называется индуктивным сопротивлением и обозначается x_L.
Если _i=1 В, dI/dt=1 А/с, то L=1 Генри (Гн).
Таким образом, самоиндукцией в 1 Гн обладает такой проводник, в котором изменение силы тока со скоростью 1 А в 1 с, вызывает возникновение ЭДС самоиндукции в 1 В. У линейных проводников коэффициент самоиндукции мал. Большими L обладают катушки индуктивности с большим числом витков. Катушка с железным сердечником обладает гораздо большей индуктивностью. Сердечник значительно увеличивает индуктивность катушки.
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из последовательно включенных сопротивления R и катушки с индуктивностью L (рис.4.1).
Ток в цепи изменяется по синусоидальному закону:
I=I_osint, (4.4)
где  – круговая частота.
Электродвижущая сила источника:
=_osint, (4.5)
где I_o и _o – максимальные значения тока и ЭДС.
В катушке при прохождении переменного тока возникает ЭДС самоиндукции _i. Применяя 2-ой закон Кирхгофа к контуру получим (рис.4.2):
IR=+_i. (4.6)
Подставляя формулы (4.3) и (4.5) в выражение (4.6) получим:
IR=_osint–L(dI/dt). (4.7)
Подставляя в это уравнение выражение (4.4) для I получим:
RI_osint+LI_ocost=_osint.
Выражая cost через sin(t+/2) получим:
RI_osint+LI_osin(t+/2)=_osint. (4.8)
Первый член представляет собой падение напряжения на омическом сопротивлении R, а второй член – падение напряжения на индуктивности
LI_osin(t+/2)=U_L, (4.9)
где I_oL=U_oL – амплитудное или максимальное значение индуктивного напряжения.
Учитывая закон Ома, имеем: L=x_L. Индуктивное сопротивление растет с частотой .
При =0 x_L=0, т.е. постоянному току индуктивность L оказывает только омическое сопротивление. Сравнивая оба члена выражения (4.8), имеем, что падение напряжения на индуктивности опережает по фазе на /2 падение напряжения на омическом сопротивлении. В этом случае удобно складывать напряжения при помощи некоторой диаграммы. Отложим амплитудное значение падения напряжения на омическом сопротивлении по горизонтальной оси, тогда вектор изображающий индуктивное напряжение, следует отложить против часовой стрелки под углом /2.
U_o= .
Отсюда
I_o=U_o/ . (4.10)
Измерительные приборы регистрируют не максимальные значения силы тока и напряжения, а их эффективные значения: I_эфф и U_эфф.
Под эффектным значением переменного тока понимают значение такого постоянного тока, который в омическом сопротивлении выделяет такое же количество тепла, что и при переменный ток в реактивном сопротивлении (P_пост=_пер>, где P=I_o²R и P=I_o²²L²cos²t)
I_эфф=I_o/ , (4.11)
U_эфф=U_o/ . (4.12)
Подставляя значение I_o и U_o в закон Ома для цепи переменного тока, обладающий омическим и индуктивным сопротивлением:
I_эфф=U_эфф/ , (4.13)
L= , (4.14)
где: =2 (для городской сети =50 Гц).
Согласно рис.4.2 тангенс угла сдвига фаз между напряжением и током равно:
tg=L/R. (4.15)