МУ-Э-61 (1003805), страница 3
Текст из файла (страница 3)
9) состоит из катушки индуктивности, калориметра и блока питания. Катушка, без железного сердечника, содержит много витков медного провода, ее индуктивность Lсоставляет несколько генри, а сопротивление r = 351 Ом.«ток»AКТLИСТVСХRIРrНТРДРис.9. Измерение калориметром магнитной энергии катушки с током12Калориметр разработан на кафедре физики МГТУ им. Баумана [4] с использованиемспециальной лампы – терморезистора косвенного подогрева (рис. 10). В стеклянном баллоне ББКТНТРРис.
10. Калориметрическая лампа: Б – стеклянный баллон; КТ – калориметрическое телоразмером примерно 1 мм; Н – нагревательная спираль; ТР – терморезистор (термометр).с разреженным газом находится калориметрическое тело КТ, содержащее нагреватель Н из нихромовой проволоки сопротивлением около 100 Ом и электрический термометр - терморезистор ТР. Терморезистор представляет собой крошечную бусинку из полупроводника с двумяметаллическими выводами. Сопротивление терморезистора сильно зависит от температуры –при возрастании температуры на 1о C сопротивление уменьшается на несколько процентов, поэтому малые изменения температуры легко измерять терморезистором.Калориметрическое тело КТ имеет малый размер (~1 мм), поэтому его теплоемкость мала.
Вследствие этого калориметр является чувствительным прибором, а после измерения теплоты в нем быстро восстанавливается исходное состояние.Вернемся к рис. 9. На нем кружком показано калориметрическое тело КТ с электрическим нагревателем Н и терморезистором ТР. Нагреватель через диод Д подключен к катушкеиндуктивности. Из сравнения с рис.8 в положении переключателя «2» видно, что обе схемы похожи, только вместо ламп используется нагревательная спираль калориметра. Теплота, котораявыделялась в лампах, теперь выделяется в калориметре.Рассмотрим работу установки. При замыкании тумблера «ТОК» через катушку протекает постоянный ток I, показанный штриховой линией. Диод Д не пропускает ток источника черезнагреватель калориметра, поэтому перед измерением калориметр имеет комнатную температуру.После выключения тумблера «ТОК» ток самоиндукции циркулирует по цепи, показанной сплошной линией.
При этом диод не оказывает существенного сопротивления. Время релаксации тока τ ≈ 0,01 с.13Магнитная энергия тока Wм превращается в теплоту в нагревателе калориметра (Qкал) сопротивлением R и в катушке индуктивности (Qкат) сопротивлением rWм = Qкал + Qкат.В согласии с законом Джоуля-Ленца, обе теплоты относятся как сопротивления:Qкал / Qкат = R / r.Из двух последних формул получаемWм = Qкал (1+ r/R).(6)Выделившаяся в калориметре теплота Qкал быстро нагревает калориметрическое тело итерморезистор.
За это время теплота не успевает выйти из калориметра, она идет на повышение температуры тела. Теплота и приращение температуры связаны соотношениемQкал = CT ∆T,где CT, Дж/К – теплоемкость калориметра.Терморезистор, специальная электрическая схема (СХ) и регистрирующий аналоговыйприбор Р образуют электрический термометр (см. рис. 9). Небольшое изменение сопротивлениятерморезистора при малом нагревании калориметра схема преобразует в электрическое напряжение, регистрируемое прибором Р (о схеме подробнее см. в [5]).
В результате выделения теплоты стрелка прибора Р отклоняется на некоторое число делений n, которые связаны с теплотойсоотношениемQкал = k n,(7)где k – коэффициент пропорциональности. Таким образом, показание прибора калориметра n –есть тепловая энергия калориметра в условных единицах.Подставляя (7) в (6), получим формулу для нахождения магнитной энергии по результатам измерения величины nWм = Qкал (1+ r/R) = k n (1+ r/R).(8)Коэффициент пропорциональности k определяют из опыта, называемого градуировкойкалориметра. После градуировки теплота калориметра Qкал становится известной в джоулях.Для проверки формулы Wм= L.I 2/2 измеряют n при различной силе тока I катушки, поформуле (8) вычисляют энергию в джоулях и строят графическую зависимость Wм от I 2.
Этазависимость должна быть линейной. Из полученного графика находят также индуктивность Lкатушки по формуле (4).Порядок выполнения задания.1. Зарисовать в отчете схему на рис. 9.2. Составить конспект методики измерения магнитной энергии.Задание 3. Изучить зависимость энергии магнитного поля от силы токаПорядок выполнения задания.141. Ознакомиться с калориметром (рис. 11). Рабочая калориметрическая лампа 1 расположена в камере с прозрачной крышкой. Рядом находится вторая такая же лампа, устройство453621Рис. 11. Внешний вид калориметра:1 – калориметрическая лампа; 2 – разъем для подключения нагревателя к схемам; 3 - 5– установка нуля; 4 – показывающий прибор; 6 – сетевой выключателькоторой видно лучше.
Нагреватель калориметра соединяют со схемами кабелем с разъемом 2.Ручками 5 выставляют показывающий прибор 4 на нуль перед каждым измерением. Тумблером6 включают сетевое питание прибора.2. Вставить сетевую вилку калориметра в розетку и включить тумблер «СЕТЬ», при этомдолжна загореться индикаторная лампа.3. Установить нулевое показание стрелочного прибора калориметра ручками «УСТАНОВКА НУЛЯ» (грубо и точно). Примечание. Если такая регулировка не удается, повернутьручки в среднее положение и воспользоваться дополнительной регулировкой 3 с помощью отвертки.4.
Ознакомиться с блоком питания (№ 2), состоящим из двух источников, включенныхпоследовательно. Напряжение каждого источника можно изменять от 0 до 15 В ручками «ГРУБО» и «ТОЧНО» и измерять встроенным вольтметром. Выходное напряжение блока равносумме показаний двух вольтметров. Блок питания соединяют со схемами кабелем с разъемом.Для включения тока в цепь служит тумблер «ТОК».
Силу потребляемого тока в мА измеряютуниверсальным цифровым прибором (мультиметром); прибор питается от батареи, которуювключают кнопкой «ПИТАНИЕ МУЛЬТИМЕТРА».155. По правилам техники безопасности блок питания должен быть заземлен. Проверитьналичие заземления. При его отсутствии - обратиться к дежурному.Выключить тумблер «ТОК».
Вставить в сеть вилку, нажать кнопки «СЕТЬ» источников.На вольтметрах должно появиться напряжение.6. Задания 3 – 6 выполняют с использованием блока №4, на котором собраны катушкаиндуктивности и простые электрические схемы. Схема для каждого задания выделена в отдельный узел, который обозначен номером и названием задания. Внимательно ознакомится с блоком № 4.7. Собрать электрическую схему, использую узел «Задание 3.
Изучить зависимость энергии магнитного поля катушки индуктивности от силы тока». Узел содержит диод в пластмассовом корпусе и разъемы. Катушку индуктивности подключить вилкой к гнездам «КАТУШКА»;кабель блока питания соединить с разъемом «ПИТАНИЕ»; нагреватель калориметра присоединить к разъему «КАЛОРИМЕТР». В результате будет собрана схема, показанная на рис. 9.8. Подготовить табл.
2.Таблица 2Результаты измерения магнитной энергииI, мАI 2, мА2n, делWм , ДжПримечание. Таблица должна содержать 8 строк.9. Включить тумблер «ТОК» блока питания, нажать кнопку «ПИТАНИЕ МУЛЬТИМЕТРА» и ручками «ГРУБО» и «ТОЧНО» источников установить ток катушки I примерно 30 мА.Отпустить кнопку питания мультиметра. Результат измерения тока записать в табл.
2.10. Установить ноль калориметра.11. Глядя на шкалу прибора калориметра, выключить резко тумблер «ТОК» блока питания. Заметить максимальное отклонение стрелки в числе делений n. Результат измерения n записать в табл. 2. Напомним, что величина n пропорциональна теплоте, выделившейся в калориметре.12. Для получения зависимости n от силы тока катушки индуктивности необходимо повторить измерения п.п.
9 – 11. После каждого измерения калориметр охлаждается в течениепримерно полминуты, при этом стрелка прибора возвращается к нулевому значению. Еслистрелка не вернулась точно на нуль, необходимо установить нуль ручкой «ТОЧНО».Для каждого следующего измерения ток катушки увеличивают примерно на 20%. Циклизмерений заканчивают, когда отклонение n достигнет предела шкалы.16Задание 4. Градуировка калориметраГрадуировка заключается в нахождении коэффициента пропорциональности k в формулеQкал = k n (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
