- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Задание 1. Определение входной емкости осциллографа с0
- •Задание 2. Определение диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Так как объемная плотность энергии электрического поля
- •Экспериментальная часть
- •Перепишем соотношение (1.7) в виде
- •Лабораторная работа 2-03 Определение емкости конденсаторов при помощи мостиковой схемы
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Изучение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников
- •Фрагмент 2
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная установка
- •Контрольные вопросы
- •Изучение зависимости мощности и кпд источника тока от величины нагрузки
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть Приборы и оборудование
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Принципиальная электрическая схема
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Изучение работы осциллографа
- •Введение
- •Контрольные вопросы.
- •1. Савельев и.В. Курс обшей физики: Электричество и магнетизм.Волны. Оптика: Учебное пособие. T.2.- 2-е изд.- м.:Наука. 1982.-§ 73. -с.210-212.
- •Проверка закона Био-Савара-Лапласа и определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •Теоретическое введение
- •Лабораторная работа 2-15 Изучение эффекта Холла в полупроводнике
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Задание
- •Порядок действий.
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование
- •Методика измерений
- •По закону Фарадея эдс индукции по вторичной обмотке
- •Из выражения (5.15) и (5.16) получаем
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Метод измерения
- •Индукция магнитного поля соленоида, длина l которого соизмерима с диаметром d:
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение удельного заряда электрона с помощью индикатора 6е5с
- •Введение.
- •Описание метода и установки.
- •5. Зисман г.А. Тодес о.М. Курс общей физики. Электричество.-4-е изд. -м.: Наука. 1972. - § 36,37. С.226-238.
- •Теоретическое введение
- •Функциональная схема представлена на рисунке 7.7 где:
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления резонанса в колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Электрическая схема установки
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
Порядок действий.
-
Ознакомиться с методическим пособием и получить у преподавателя направление и величины токов через электромагнит и преобразователь.
-
Диапазоны изменения токов разделить на 6…8 приблизительно равных интервалов. Снять соответствующие зависимости ЭДС Холла от силы тока. Iэм и Iп (по указанию преподавателя).
-
По графику В=f(Iэм) рис.4 связать ток электромагнита и индукции в его зазоре.
-
По формулам (3) и (4) рассчитать постоянную Холла R и подвижность носителей заряда.
-
Результаты занести в табл.2
Таблица 2
|
Ток эл.магнита Iэм,мА |
Индукция в зазоре, Тл |
Ток преобразователя Iп, мА |
ЭДС Холла, Иx, мВ |
Постоянная Холла,R |
Подвижность,μ |
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
-
В чем заключается эффект Холла?
-
Чем объясняется эффект Холла?
-
Для каких целей практически используется эффект Холла?
-
Выведите формулу для холловской разности потенциалов.
-
Каков знак носителей тока в изучаемом образце?
В,Тл

















4,00
3,00
2,00
1,00
0,1 0,2
0,3 Iэм,
mA
Рис.4.
График зависимости индукции магнитного
поля В от тока, проходящего через
электромагнит
Литература
-
Калашников, Н.П. Основы физики: Учеб. для вузов: В 2 т. / Н.П.Калашников, М.А.Смондырев. - 2-е изд., перераб. – М.: Дрофа, 2003. Т.1. – 400 с., § 14.5.
-
Детлаф, А.А. Курс физики: Учеб. пособие для вузов/ А.А. Детлаф, В.М. Яворский. - М.: Высш.шк., 1989.- 608 с., § 23.2.
-
Савельев, И.В. Курс общей физики/ И. В. Савельев. - М.: Наука, 1978. Т.2. - 480 с., § 79.
-
Трофимова, Т.И. Курс физики/ Т.И. Трофимова.-М.: Высш. шк., 1999.-542 с., § 117.
Лабораторная работа 2-16
Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов (ФПЭ-07)
Цель работы – изучение гистерезиса ферромагнитных материалов, расчет и графическое построение основной кривой намагничивания, расчет работы перемагничивания и коэрцитивной силы.
Теоретическое введение
Все вещества
обладают магнитными свойствами, т.е.
являются магнетиками. Магнитные свойства
веществ определяются величиной и
ориентацией магнитных моментов молекул,
ионов или атомов. Магнитный момент
плоского контура площадью S,
по которому течет ток I,
определяется по формуле:
(5.1)
где
- единичный вектор нормали, направление
которого определяется по правилу правого
винта. В магнитном поле с индукцией В
на замкнутый контур с током действует
механический момент сил:
,
(5.2)
к
оторый
стремиться повернуть контур так, чтобы
направления
и
совпадали. Контур с током создает также
собственное магнитное поле с индукцией
,
совпадающее по направлению с магнитным
моментом
контура. В устойчивом состоянии контура,
когда
,
вектор индукции
в любой точке плоскости внутри контура
всегда больше вектора индукции
внешнего магнитного поля. Увеличение
индукции
внутри контура с током в магнитном поле
качественно объясняет увеличение
индукции в ферромагнетике, помещенном
во внешнее магнитное поле.
Намагничивание
вещества объясняется наличием у
составляющих его атомов, молекул, ионов
микроскопических магнитных моментов:
электронного орбитального
,
электронного собственного (спинового)
,
ядерного
.
Электронным орбитальным магнитным
моментом обладает электрон, движущийся
вокруг ядра атома (рис. 5.1). Такой электрон
подобен плоской круговой рамке с током
,
имеющей магнитный момент
,
где е – заряд электрона, ν – частота
вращения, r
– радиус круговой орбиты. Направление
магнитного момента
противоположно направлению механического
момента
импульса (рис. 5.2).
и
связаны соотношением
,
где mе
– масса электрона.
Спиновой магнитный
момент
(рис. 5.1) является неотъемлемым свойством
электрона. Единицей магнитного момента
является магнетон Бора:
Ам2,
где ħ – постоянная Планка.
Ядерный
магнитный момент
либо равен нулю, либо на три-четыре
порядка меньше в
и его влиянием можно пренебречь. При
отсутствии поля приближенно можно
считать, что магнитный момент атома
,
(5.3)
где Z – число электронов в атоме.
Магнитный момент
молекулы
,
где N
– число атомов в молекуле.
Во внешнем магнитном
поле на электрон атома, как на замкнутый
контур с током, действует момент сил
(рис. 7.2). Под действием этого момента
сил электрон, подобно механическому
волчку, будет совершать прецессию, при
которой векторы
и
описывают с постоянной угловой скоростью
конус вокруг направления поля. Это
дополнительное движение электрона
приводит к появлению у него магнитного
момента прецессии
,
направленного против магнитного поля
.
Это явление носит название диамагнитного
эффекта. При наличии внешнего магнитного
поля магнитный момент атома
(5.4)
Намагниченность
равна магнитному моменту единицы объема
магнетика:
(5.5)
где ∆V
– малый объем магнетика;
– сумма магнитных моментов всех молекул
в объеме ∆V.
Намагниченность
связана с напряженностью магнитного
поля:
(5.6)
где χ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью вещества. Магнитные свойства вещества характеризуются также магнитной проницаемостью μ. χ и μ связаны соотношением
(5.7)
В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все вещества делятся на три группы:
-
Диамагнетики – вещества (например, инертные газы), у которых при отсутствии внешнего магнитного поля орбитальные
и спиновые
моменты атомов или молекул скомпенсированы.
Во внешнем магнитном поле в результате
прецессии появляются индуцированные
магнитные моменты
,
направленные против поля, а магнитная
восприимчивость отрицательна
χ=-(10-6…10-8). -
Парамагнетики – вещества, у которых при отсутствии внешнего поля
или
,
а
вследствие хаотической ориентации
магнитных моментов
или
.
Во внешнем магнитном поле под действием
вращающего момента сил
магнитные моменты (
и
)
вещества стремятся сориентироваться
в направлении поля, в результате чего
J>0
и χ>0 (χ=10-4…10-6). -
Ферромагнетики – это кристаллические вещества, у которых магнитные моменты отдельных ионов
.
У ферритов элементарную ячейку кристалла
образуют ионы различного типа, у
ферромагнетиков – одного типа. Как
показали опыты Эйнштейна и де Гааза, а
также опыты Н.Ф. Иоффе и П.Л. Капицы,
магнитный момент иона ферромагнетика
обусловлен упорядоченной ориентацией
спиновых магнитных моментов.
Ч
асть
ферромагнетика, в которой все магнитные
моменты при отсутствии внешнего поля
устанавливаются в одном направлении
за счет обменного взаимодействия,
называется доменом (рис. 5.3,а). Домен
обладает магнитным моментом
.
Размеры доменов составляют l=10-8…10-6
(м3).
При отсутствии внешнего магнитного
поля магнитный момент ферромагнетика
.
Между доменами А и В имеются переходные слои С (рис. 5.3, б) шириной l1=10-9…10-8 м. Внутри переходного слоя магнитные спиновые моменты ионов поворачиваются до тех пор, пока не примут нужного направления. Во внешнем магнитном поле переходные слои разрушаются. Магнитные моменты отдельных доменов поворачиваются в направлении магнитного поля (рис. 5.3, в).
Зависимость
намагниченности J
магнетиков от напряженности Н внешнего
магнитного поля изображена на рис. 5.4.
Нелинейная область I
отражает процесс ориентации доменов в
ферромагнетиках в направлении внешнего
поля при возрастании напряженности Н.
В сильных полях (область II)
наступает магнитное насыщение и
намагниченность практически не зависит
от напряженности поля Н. Кривая
носит название основной кривой
намагничивания. Для пара- и диамагнетиков
зависимость
линейная.

Рис.5.4 Рис.5.5
У
ферромагнетиков и ферритов имеет место
магнитный гистерезис, в котором
проявляется зависимость намагниченности
от предшествующего состояния. При
циклических изменениях величины и
направления напряженности внешнего
поля Н эта зависимость характеризуется
кривой, называемой петлей гистерезиса
(рис. 5.5, кривые 1, 2, 3). Если ферромагнетик
был первоначально размагничен (В=0, Н=0),
то его намагничивание происходит по
основной кривой намагничивания ОА. В
точке А напряженность НН
и индукция ВН
соответствует состоянию магнитного
насыщения. Его размагничивание происходит
по кривой 1 (A-Bост-HC-A).
При Н=0 намагниченность ферромагнетика
не исчезает: В=Вост.
Это состояние называется остаточным
магнетизмом. Напряженность (-НС),
при которой исчезает остаточная
намагниченность (В=0, Н=-НС),
принято называть коэрцитивной силой.
Если при циклическом намагничивании
,
то мы получаем максимальную петлю
гистерезиса I.
Кривые 2 и 3 – это частные циклы, когда
.
Максимумы В и Н частных циклов лежат на
основной кривой намагничивания ОА.
Условно принято считать ферромагнетики
жесткими, если
А/м. Если
А/м, ферромагнетики считаются мягкими.
Магнитная проницаемость μ ферромагнетика
зависит от напряженности магнитного
поля Н (рис. 5.6). Магнитная проницаемость
достигает максимума, когда напряженность
Н внешнего поля становится равной
напряженности Нн,
при которой домены максимально
ориентируются по направлению поля (рис.
5.3, в) и при этом достигается магнитное
насыщение образца. В табл. 5.1 приведены
характеристики некоторых ферромагнетиков
и ферритов.
Таблица 5.1
|
Вещество |
макс |
Hс ,А/м |
Bост,Тл |
|
Железо техническое Супермаллой Сталь кобальтовая Феррит никель-цинковый |
5000 1000000 - 7500 |
80 0.16 2000 4 |
0,06 - 0,9 - |
Экспериментальная часть
