Порядок выполнения работы. 1. Наполнить сосуд раствором электролита заданной концентрации.

1. Наполнить сосуд раствором электролита заданной концентрации.

2. Установить между электродами требуемое расстояние l (по указанию преподавателя).

3. Собрать цепь по схеме, изображенной на рис. 2.

4. Включить звуковой генератор и осциллограф.

5. Установить ползунок D на середину реохорда (а = b)и подобрать магазинное сопротивление R_m таким, чтобы индикатор показывал отсутствие тока на участке СD (минимальная амплитуда осцилляций осциллограммы). Значение R_m записать в таблицу 1.

6. Увеличить R_m на 20 Ом и добиться равновесия моста смещением ползунка D. Значения а, b и R_m записать в таблицу.

7. Уменьшить R_m по сравнению с первоначальным значением на 20 Ом и смещением ползунка D вновь добиться равновесия моста. Результаты измерений занести в таблицу.

Таблица

Результаты измерений и вычислений

8. Аналогичные измерения провести для растворов электролита с другими концентрациями (по указанию преподавателя). Результаты измерений записать в таблицу.

9. Отключить от сети звуковой генератор и осциллограф.

10. Для каждой концентрации рассчитать значение r.

11. По средним значениям <r> построить график зависимости r от концентрации.

12. Для одной из концентраций электролита вычислить относительную погрешность измерения удельного сопротивления по методике расчета погрешностей косвенных измерений, в рассматриваемом случае по формуле:

. (10)

Здесь D R, D l, D S – погрешности аргументов, включающие в себя систематические и случайные погрешности. При расчетах принять D R = 5 Ом, D l = 0,1 см, D S = 0,1 см².

13. Найти абсолютную погрешность измерения удельного сопротивления Dr = e<r>.

14. Окончательный результат представить в виде r = <r> ± Dr Ом×м.

Контрольные вопросы

1. Какие вещества относятся к электролитам?

2. В чем суть явления электролитической диссоциации?

3. Какие частицы ответственны за ток в электролитах?

4. Закон Ома для раствора электролитов.

5. Подвижность иона, ее физический смысл, факторы, влияющие на
подвижность ионов.

6. Каков механизм ионного транспорта в электролитах?

7. Как рассчитывается удельное сопротивление электролита в данной работе?

8. От каких факторов зависит удельное сопротивление электролитов? Интерпретация этих зависимостей.

9. Вывести расчетную формулу измерительного мостика Кольрауша.
Литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Учеб. Пособие. В 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. – 3-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. 1986. 432 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А., Милковская Л.Б. Курс физики. Т. II/ Электричество и магнетизм. 2-е изд., испр. –М.: Высшая школа. 1964. 431 с.

3. Френкель Я.И. / Собр. изб. трудов. Т.3. Кинетическая теория жидкостей. –Л.: Наука. 1959. 460 с.

1.

1.

Часть VI. Магнитное поле

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: освоить методику измерений с помощью тангенс-буссоли и определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: специальное устройство – тангенс-буссоль, источник постоянного тока, амперметр, реостат, двойной переключатель.

Теоретическое введение

Магнитное поле Земли обнаруживается с помощью магнитной стрелки, которая устанавливается вдоль магнитных силовых линий. Согласно одной из гипотез, магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в ядре планеты. Магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами: северный магнитный полюс расположен на юге в Антарктиде, а южный – на севере в Канаде. Земля представляет собой магнитный диполь, ось которого составляет с осью вращения Земли угол 11°. Пространство, занимаемое магнитным полем Земли, называется магнитосферой. Магнитосфера имеет сложное строение; она сплюснута со стороны Солнца и вытянута с противоположной стороны на десятки тысяч километров. Наблюдаются суточные, вековые изменения магнитного поля, в том числе магнитные бури. Напряженность магнитного поля вблизи магнитных полюсов достигает приблизительно 50 А/м, а на экваторе 30 А/м. В некоторых районах (так называемых районах магнитных аномалий) напряженность резко возрастает; например, в районе Курской магнитной аномалии она достигает 150 А/м.

Магнитная стрелка, подвешенная на нити, ориентируется в магнитном поле Земли под некоторым углом к горизонту (рис.1). Вектор напряженности поля Земли можно разложить на две составляющие: вертикальную и горизонтальную . Угол между вектором напряженности и горизонталью называется углом наклонения i. Для нашей местности i = 70°.

Горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли можно определить с помощью тангенс-буссоли. Тангенс-буссоль состоит из нескольких витков проволоки, расположенных в вертикальной плоскости. В центре витков находится короткая магнитная стрелка, способная поворачиваться в горизонтальной плоскости. Отклонение магнитной стрелки отсчитывается по горизонтальному лимбу с помощью длинной легкой стрелки-указателя, скрепленной перпендикулярно с магнитной стрелкой.

Перед включением обмотки в цепь тангенс-буссоль устанавливают в плоскости магнитного меридиана Земли. Магнитная стрелка при этом должна находиться в плоскости витков буссоли, стрелка-указатель – на нуле лимба. При пропускании тока по обмотке возникает магнитное поле тока. Его напряженность перпендикулярна плоскости обмотки. На рис. 2 показано сечение тангенс-буссоли горизонтальной плоскостью. Направление токов в витках обозначено условно (точками и крестиками). Направление вектора связано с направлением тока в обмотке по правилу правого винта. Модуль напряженности магнитного поля тока в центре кругового витка определяется по формуле

, (1)

где I – сила тока, w– количество витков, r – радиус витков.

Таким образом, на магнитную стрелку одновременно будут действовать два поля: поле Земли и поле тока. В результате стрелка отклонится от своего первоначального положения на некоторый угол a и установится вдоль результирующего вектора (рис. 2). Из соотношения катетов прямоугольного треугольника находим модуль напряженности магнитного поля Земли:

H _g = H _tctgα (2)

Подставив (1) в (2), получим расчетную формулу горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли:

. (3)

Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме на рис. 3, подключив сначала один виток.

2. Установить плоскость витков тангенс-буссоли в плоскости магнитного меридиана Земли. Магнитная стрелка при этом должна находиться в плоскости витков буссоли, стрелка-указатель – на нуле лимба. Необходимо следить за тем, чтобы на показания стрелки-указателя не влияло близкое соседство железных предметов. При установке буссоли, а также при отсчете углов отклонения стрелки рекомендуется постукивать по оправе буссоли, чтобы преодолеть трение покоя магнитной стрелки на острие.

3. Включить источник тока. С помощью реостата установить такое значение тока, при котором угол отклонения a находился бы в интервале 40 ¸ 50°. Записать в таблицу выбранное число витков, силу тока и угол отклонения магнитной стрелки, отсчитывая его величину дважды по обоим концам стрелки-указателя (a₁ и a₂).

4. С помощью двойного переключателя изменить направление тока в обмотке на противоположное и снова измерить угол отклонения, поддерживая прежнее значение силы тока. Записать в таблицу величины a′₁ и a′₂.

5. Уменьшить силу тока до нуля. Выключить выпрямитель. Подключить два витка обмотки. Повторить действия, указанные в пп.3 и 4.

6. Аналогично проделать опыт с числом витков, равным 3, 4, 5 и 6.

Таблица

Результаты измерений и вычислений

№ п/п	w	I, А	a1	a2	a′1	a′2	aср	H g,

7. Для каждого опыта найти среднее значение угла отклонения a_ср и по формуле (3) рассчитать горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.

8. Рассчитать приближенное значение H _g и случайную абсолютную погрешность D Н _сл методом Стьюдента.

9. Рассчитать систематическую погрешность D Н _сист. Для этого сначала вычислить относительную систематическую погрешность по формуле

e = , (4)

где D r = 0,2 см, a = 45°, Da = 1° = рад. Величину найти по классу точности прибора e_пред:

= . (5)

Найти абсолютную систематическую погрешность: D Н _сист = e H _g.

10. Вычислить полную абсолютную погрешность:

D Н _g = . (6)

11. Записать окончательный результат. Сформулировать вывод.

Контрольные вопросы

1. Чем создается магнитное поле?

2. Как можно обнаружить магнитное поле?

3. Какую форму и направление имеют линии магнитной индукции? Приведите примеры магнитных полей.

4. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

5. Выведите формулу напряженности магнитного поля в центре кругового тока, пользуясь законом Био-Савара-Лапласа.

6. Как связаны между собой напряженность и индукция магнитного поля?

7. Схематически изобразите магнитное поле Земли.

8. От чего зависит горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли? На каких широтах она максимальна?

9. В чем заключается сущность метода определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли?

10. Почему желательно, чтобы магнитная стрелка в тангенс-буссоли была короткой?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ ФОКУСИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Цель работы: опытным путем найти удельный заряд электрона.

Приборы и принадлежности: электронно-лучевая трубка, соленоид, источники регулируемого постоянного напряжения, амперметр, вольтметр.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: