3486


POLITECHNIKA ZIELONOGÓRSKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII SANITARNEJ

PRACOWNIA FIZYKI

FIZYKA

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 5:

„Badanie rezonansu elektromagnetycznego”

Maciej Lutowski, gr. 13

Rok akademicki 2000/01

Część I: Wiadomości teoretyczne

  1. Pole magnetyczne prądu elektrycznego. Prawo Ampere'a i Biota - Savarta

Pole magnetyczne - jest to taka własność przestrzeni, w której na umieszczone w niej magnesy, przewodniki z prądem i poruszające się ładunki działają siły magnetyczne. Istnieje ono wokół przewodników z prądem, wokół magnesów stałych i wokół poruszającego się ładunku

Istnienie pól magnetycznych jest traktowane obecnie jako objaw wtórny, jako skutek ruchu ładunków elektrycznych. Wszelki przepływ prądu elektrycznego powoduje powstawanie pola magnetycznego. Jest to niezależne od natury prądu : może to być prąd elektronowy w przewodniku metalicznym, prąd jonowy w elektrolicie, prąd w gazie. Pole magnetyczne towarzyszy też ruchowi elektronów w atomie, ruchowi jąder atomowych w cząsteczkach, itd.

Do charakterystyki wektorowej pola magnetycznego wykorzystuje się, podobnie jak w elektrostatyce, trzy podstawowe wektory : wektor indukcji magnetycznej B, wektor natężenia pola magnetycznego H oraz wektor namagnesowania M.

Przepływowi prądu zawsze towarzyszy pole magnetyczne. Indukcja B jest wprost proporcjonalna do prądu, a odwrotnie - do odległości od przewodu.

0x01 graphic

Wobec tego, że w wymienionej zależności nie ma żadnej swobody w wyborze jednostki którejkolwiek z wielkości, współczynnik proporcjonalności, jaki musimy uwzględnić przechodząc od proporcjonalności do równości, ma ściśle określoną wartość równą 0x01 graphic
. Wielkość 0x01 graphic
nosi nazwę przenikalności magnetycznej próżni i wynosi 0x01 graphic
. Wartość liczbowa 0x01 graphic
wiąże się ściśle z definicją ampera.

A zatem indukcja magnetyczna w otoczeniu nieskończenie długiego prostoliniowego przewodu z prądem wyraża się wzorem

0x01 graphic

Jest to zgodne z ogólniejszym prawem, zwanym prawem Ampere'a, według którego dla dowolnego pola magnetycznego i dowolnej zamkniętej drogi całkowania obejmującej powierzchnię przebijaną przez całkowity prąd I.

0x01 graphic

Prawo Ampera służy do wyznaczania indukcji pola magnetycznego pochodzącego z różnych przewodników z prądem i brzmi : krążenie wektora indukcji po dowolnej krzywej zamkniętej jest proporcjonalne do sumy natężeń prądów zawartych wewnątrz tej krzywej.

W rozważanym przypadku wykonujemy obieg po zamkniętym obwodzie kołowym, utworzonym przez dowolną linię indukcji, przy czym w każdym punkcie tego obwodu, kierunki B i dl są zgodne, a B ma stałą wartość. A zatem

0x01 graphic

co jest równoważne równaniu prawa Ampere'a.

Obliczenie indukcji B na podstawie uogólnienia prawa Ampere'a wiąże się czasem z tak skomplikowanym całkowaniem ,że szukamy innych dróg rozwiązania problemu. Pomocne okazuje się tu prawo Biota i Savarta.

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- kąt między kierunkiem dl i r.

To wyrażenie przedstawia tylko wartość liczbową. Przechodząc do postaci wektorowej, napiszemy

0x01 graphic

Ujmując słownie treść powyższych wzorów, powiemy, że:

  1. Wartość liczbowa indukcji dB wywołanej przez element dl przewodnika jest proporcjonalna do natężenia prądu I. , do długości elementu dl, odwrotnie zaś proporcjonalna do kwadratu odległości r i zależna od kąta utworzonego przez kierunki dl i r.

  2. Kierunek i zwrot dB jest zgodny z kierunkiem i zwrotem iloczynu wektorowego 0x01 graphic
    . Całkowita indukcja B wytworzona w punkcie A dzięki przepływowi prądu w całym przewodniku jest sumą geometryczną wektorów dB wytworzonych przez wszystkie elementy dl przewodnika.

Jako przykład niech posłuży rozpatrzenie indukcji magnetycznej w środku obwodu kołowego. Przez ów obwód o promieniu r płynie prąd o natężeniu I. Wszystkie elementy tego obwodu wywołują w jego środku indukcję dB o jednakowych kierunkach i zwrotach. Zatem sumowanie wektorowe dB sprowadza się do sumowania arytmetycznego. Uwzględniając nieskończenie wiele małych elementów dl tworzących w całości obwód kołowy, otrzymujemy:

0x01 graphic

gdyż sin(dl,r)=1 dla każdego elementu.

Stąd w przypadku obwodu kołowego złożonego z n gęsto nawiniętych zwojów indukcja magnetyczna w środku obwodu wynosi:

0x01 graphic

  1. Indukcja elektromagnetyczna. Prawo Faradaya, reguła Lenza.

Odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej ma bardzo istotne znaczenie dla współczesnej elektrotechniki. Na tym zjawisku bowiem opiera się m.in. działanie podstawowych źródeł energii elektrycznej.

Podstawowe dla zjawiska indukcji elektromagnetycznej doświadczenie to przewodnik w polu magnetycznym:

Przecinanie linii indukcji przez przewodnik podczas jego ruchu przez pole magnetyczne powoduje pojawienie się na końcach przewodnika SEM.

Jeśli przewodnik użyty do doświadczenia ma postać zamkniętego obwodu z włączonym miernikiem prądu, to każda zmiana strumienia magnetycznego przechodząca przez powierzchnię objętą konturem obwodu wywołuje wychylenie wskazówki miernika. Świadczy to o przepływie w obwodzie zamkniętym prądu, który nazywamy indukowanym.

Inne sposoby wywołania prądu indukowanego to:

  1. ruch magnesu względem obwodu lub odwrotnie, gdyż istotne znaczenie ma ruch względny magnesu i obwodu,

  2. ruch obwodu z prądem względem drugiego obwodu zamkniętego,

  3. zmiany natężenia prądu w jednym obwodzie, wywołujące zmiany strumienia magnetycznego w odpowiednio umieszczonym obwodzie drugim.

Analizując dalej powstający w obwodzie prąd, ustalamy jaki jest jego kierunek. Mówi o tym reguła Lenza: kierunek powstającego prądu indukowanego musi być taki, aby wywołane przezeń pole magnetyczne przeciwdziałało tym zmianom, które wywołały jego powstanie. A zatem kierunek prądu indukowanego w cewce musi być taki, aby towarzyszące mu pole magnetyczne utrudniało np. ruch magnesu.

Objawy zjawiska indukcji elektromagnetycznej można też obserwować w odosobnionym przewodzie elektrycznym, jeśli zachodzą w nim zmiany prądu. Zmiany te wywołują zmiany strumienia magnetycznego, przechodzącego przez dany obwód, a te pociągają za sobą powstanie prądu indukowanego. To zjawisko zwiemy indukcją własną.

Wartość SEM indukowanej otrzymujemy z następujących rozważań prowadzących do prawa Faradaya.

Jeżeli obwód w kształcie ramki prostokątnej, umieścimy w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B i będziemy poruszać ramkę o odległość ds. to w obwodzie powstanie prąd indukowany. Jeżeli przesuwanie poprzeczki odbywa się ruchem jednostajnym to

0x01 graphic

Ponieważ sin(l,B)=1 , więc pracę dW siły zewnętrznej na drodze ds, można wyrazić wzorem:

0x01 graphic

Iloczyn lds=ds. wyraża zmianę powierzchni objętej konturem obwodu. A zatem:

0x01 graphic
,

0x01 graphic

Kosztem tej pracy powstaje energia prądu indukowanego, równa iloczynowi SEM indukowanej 0x01 graphic
, natężenia prądu indukowanego I i czasu jego przepływu dt:

0x01 graphic

skąd

0x01 graphic

Wzór ten wyraża prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya. SEM indukowana jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego w danym obwodzie. Znak minus we wzorze nawiązuje do reguły kierunkowej Lenza i przypomina, że kierunek prądu indukowanego jest zawsze taki, że pole magnetyczne przezeń wywołane przeciwstawia się zmianie zewnętrznego strumienia magnetycznego.

W przypadku cewki złożonej z n zwojów izolowanego drutu, położonych blisko siebie, siły elektromotoryczne indukowane w poszczególnych zwojach sumują się, więc wypadkowa SEM równa się

0x01 graphic

Kierunek prądu indukowanego wynika bezpośrednio z pomocniczej reguły trzech palców prawej ręki. Warto podkreślić, że SEM indukowana nie zależy od rodzaju przewodnika w jakim jest indukowana. Opór elektryczny R przewodnika ma natomiast wpływ na wartość prądu:

0x01 graphic

Na podstawie powyższego wzoru można też napisać wyrażenie na moc P prądu powstającego w rozważanym przypadku:

0x01 graphic

  1. Postulaty Maxwella i ich interpretacje

Są to podstawowe równania klasycznej elektrodynamiki, opisujące związki pomiędzy natężeniami pola elektrycznego, magnetycznego i ładunkiem elektrycznym. Istnieje kilka równoważnych sformułowań równań Maxwella. Najczęściej stosowana jest forma różniczkowa lub całkowa.

W postaci różniczkowej równania Maxwella wyrażają wzory:

rotE=-a(∂B/∂t)

rotH=a(∂D/∂t)+abj

div B=0

div D=bρ

gdzie:

E - natężenie pola elektrycznego,

H - natężenie pola magnetycznego,

BH - indukcja pola magnetycznego,

µ - przenikalnośc magnetyczna ośrodka,

j - gęstość prądu elektrycznego,

D = εE - indukcja pola elektrycznego,

ε - przenikalność dielektryczna ośrodka (dielektryczna stała), ρ gęstość objętościowa

ładunku elektrycznego,

rot - operator rotacji,

div - operator dywergencji,

a i b - stałe uzgadniające jednostki, zależne od wyboru układu jednostek (np. w MKS

i SI a=1= b, w układzie Gaussa a=1/c, b=4π, gdzie c - prędkość światła

w próżni).

W postaci całkowej równania Maxwella wyrażone są wzorami (w układzie jednostek SI):

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie:

C - zamknięta krzywa ograniczająca powierzchnię S, prostopadłą do elementu

przewodnika,

V - dowolna powierzchnia zamknięta,

n - wersor normalny do powierzchni,

ds - element łuku krzywej C,

dσ - element powierzchni,

Q - całkowity ładunek elektryczny zawarty w przestrzeni ograniczonej powierzchnią

V, I - natężenie prądu płynącego w przewodniku.

Pozostałe oznaczenia jak we wzorach różniczkowych równań Maxwella.

Z pierwszego równania wynika prawo indukcji Faradaya, drugie mówi o tym, że źródłami pola magnetycznego są zmienne pola elektryczne lub płynące prądy, trzecie równanie mówi o braku ładunków magnetycznych. Z czwartego równania wynika, że strumień pola elektrycznego przenikającego pewną powierzchnię jest proporcjonalny do ładunku elektrycznego zawartego w przestrzeni ograniczonej tą powierzchnią, z czego można wywnioskować prawo Coulomba.

Z równań Maxwella, uzupełnionych warunkami brzegowymi dla pól i prawami opisującymi zmianę pól na granicach nieciągłości ośrodków oraz równaniem na siłę Lorentza, można wyprowadzić wszystkie prawa elektrodynamiki klasycznej, ponadto z równań Maxwella dla pustej przestrzeni (j=0, ρ=0) Maxwell wywnioskował istnienie fal elektromagnetycznych (odkrytych później przez H. Hertza). Z równań Maxwella wyprowadzono również formułę transformacji Lorentza.

Pola elektryczne i magnetyczne mogą istnieć nie tylko w otoczeniu ładunków elektrycznych i magnesów, lecz i w próżni całkowicie pozbawionej materialnych nośników elektryczności i magnetyzmu. Jest to prawdziwe ukoronowanie teorii Maxwella. Przewiduje ona, że bardzo szybkie drgania elektryczne i magnetyczne rozchodzą się w przestrzeni - oczywiście nie same, zawsze muszą im towarzyszyć nieustanne zmiany pola drugiego rodzaju. Drgania rozprzestrzeniają się - wykazuje to rozwiązanie matematyczne - w postaci fali, której prędkość równa jest prędkości światła. Wynika stąd bezpośrednio myśl sformułowana przez Maxwella w 1864 r. : jeśli pole elektromagnetyczne rozchodzi się tak jak fala świetlna, to światło musi też być falą elektromagnetyczną. Światło ma zatem naturę elektromagnetyczną i podlega prawom dotyczącym zjawisk elektromagnetycznych. Genialna teoria Maxwella i jej cztery równania powiązały w jedną całość nie tylko elektryczność z magnetyzmem, lecz również elektromagnetyzm z optyką.

  1. Drgania elektromagnetyczne.

Przeanalizujmy drgania elektromagnetyczne zachodzące podczas rozładowania kondensatora o pojemności C w układzie szeregowym, zawierającym indukcyjność L i rezystancję R. Analizę przeprowadźmy pod kątem zmienności prądu w obwodzie w zależności od czasu, aczkolwiek można by ją także prowadzić z punktu widzenia zmienności ładunku Q na okładce kondensatora lub napięcia U między okładkami.

Zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa, suma czynnych w obwodzie sił elektromotorycznych równa się sumie spadków napięcia, a zatem :

0x01 graphic

gdzie pierwszy wyraz oznacza siłę elektromotoryczną indukowaną, drugi - spadek napięcia w kondensatorze, trzeci - spadek napięcia na rezystancji. Celem wyrugowania U korzystamy z zależności :

0x01 graphic
, więc wzór przyjmuje postać 0x01 graphic

Po zróżniczkowaniu otrzymujemy :

0x01 graphic
lub 0x01 graphic

Rozpatrzymy teraz dwa oddzielne przypadki

  1. gdy rezystancja obwodu jest tak mała, że można ją zaniedbać (układ LC)

  2. gdy rezystancja obwodu jest znacząca (układ RLC)

W pierwszym przypadku równanie redukuje się do postaci:

0x01 graphic

0x01 graphic
Równanie to jest analogiczne do równania różniczkowego ruchu harmonicznego nietłumionego:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
(przyspieszenie 0x01 graphic
jest proporcjonalne do wychylenia s od położenia równowagi; współczynnik proporcjonalności 0x01 graphic
- kwadrat pulsacji drgań własnych układu - równa się 0x01 graphic
)

0x01 graphic
Rozwiązanie tego równania, czyli wyrażenie na wychylenie od położenia równowagi ma postać 0x01 graphic
. Analogiczne równanie wyraża prąd I jako funkcję czasu:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
gdzie:

0x01 graphic
- amplituda prądu,

0x01 graphic
- pulsacja,

0x01 graphic
- faza początkowa

0x01 graphic
Wartość fazy początkowej znajdujemy ustalając warunki początkowe rozpatrywanego zjawiska. W chwili t=0 mieliśmy najsilniejsze naładowanie kondensatora, lecz w obwodzie nie było prądu, więc 0x01 graphic
. Wynika stąd, że 0x01 graphic
=0, a zatem natężenie prądu rozładowania kondensatora w układzie LC wyraża się wzorem :

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
Przebieg prądu ma więc charakter sinusoidalny, zgodny z powyższym wzorem.

0x01 graphic
Z przyrównania wartości współczynników proporcjonalności otrzymujemy :

0x01 graphic
0x01 graphic
, skąd wynika zależność 0x01 graphic

0x01 graphic
Po przekształceniu tego wyrażenia otrzymujemy wzór Thomsona na okres drgań własnych (nietłumionych) elektromagnetycznych obwodu LC :

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
gdzie okres wyrażony jest w sekundach, L (indukcyjność) w henrach, pojemność C w faradach.

0x01 graphic
Celem znalezienia amplitudy 0x01 graphic
drgań podstawiamy do wzoru 0x01 graphic
obliczone z wzoru na natężenie prądu rozładowania kondensatora. Uwzględniając założenie, że R=0 i przyjmując jako warunek początkowy, że w chwili t=0 napięcie na kondensatorze 0x01 graphic
, gdzie 0x01 graphic
oznacza amplitudę napięcia na kondensatorze, znajdujemy :

0x01 graphic
0x01 graphic
, skąd 0x01 graphic

0x01 graphic
Uwzględniając zależność, że Q=CU i wynikającej z niej po zróżniczkowaniu 0x01 graphic
, stwierdzamy proporcjonalność I do pochodnej napięcia. A zatem, sinusoidalnej zmienności prądu w zależności od czasu odpowiada cosinusoidalna zależność napięcia od czasu.

W drugim przypadku, gdy rezystancji R obwodu nie można zaniedbać, rozwiązaniem równania jest równanie drgań elektromagnetycznych tłumionych. W przypadku obwodów o małym tłumieniu, rozwiązanie to można zapisać w postaci :

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- współczynnik, zwany stałą tłumienia, decydujący o szybkości zanikania drgań

(pod warunkiem, że jest to bardzo mała wielkość),

0x01 graphic
- pulsacja drgań zanikających.

Celem bliższego określenia tych wielkości, raz jeszcze skorzystamy z analogii do drgań mechanicznych tłumionych. Stała tłumienia drgań mechanicznych spełnia zależność 0x01 graphic
, gdzie b oznacza współczynnik oporu, m - masę, czyli miarę bezwładności. W rozważanym obwodzie elektrycznym miarą oporu stawianego prądowi jest rezystancja R, a miarą bezwładności jest indukcyjność L. A zatem stosując analogię powiemy, że w przypadku drgań elektromagnetycznych 0x01 graphic
.

Pulsację drgań mechanicznych tłumionych wyraża wzór :

0x01 graphic

Ten sam wzór odnosi się do drgań elektromagnetycznych tłumionych, po podstawieniu 0x01 graphic
i 0x01 graphic
otrzymujemy :

0x01 graphic

Szybkiemu zanikowi drgań elektromagnetycznych sprzyjają przede wszystkim duża rezystancja R oraz, w mniejszym stopniu, duża pojemność C i mała indukcyjność L.

Biorąc od uwagę powyższy wzór można określić warunek, który musi być spełniony, aby tłumione drgania miały charakter periodyczny, zachodzi to wtedy, gdy

0x01 graphic
,czyli gdy 0x01 graphic

W obwodach elektrycznych można również wywołać drgania wymuszone. Wystarczy w tym celu do szeregowego obwodu LRC (tzn. obwodu, w którym L,R i C są połączone szeregowo) włączyć źródło sinusoidalnie zmiennego napięcia. Wskutek tego nasze podstawowe równanie (z prawa Kirchhoffa) rozszerzy się o dodatkowy wyraz odpowiadający sinusoidalnym zmianom SEM włączonego źródła - 0x01 graphic
. Równanie to przyjmie wtedy postać :

0x01 graphic

0x01 graphic

Podkreślmy najważniejsze wyniki : po pewnym czasie od chwili zastosowania wymuszającej SEM, ustalony prąd wymuszony w obwodzie ma przebieg sinusoidalny o pulsacji 0x01 graphic
równej pulsacji wymuszającej SEM, wykazuje przesunięcie fazowe względem SEM, a także ma amplitudę 0x01 graphic
wyrażoną równaniem:

0x01 graphic
0x01 graphic

Jak widać, amplituda 0x01 graphic
jest funkcją 0x01 graphic
. Prąd wymuszony o maksymalnej amplitudzie, czyli prąd odpowiadający zjawisku rezonansu w szeregowym obwodzie LRC otrzymamy wtedy, gdy 0x01 graphic
, (gdzie 0x01 graphic
oznacza pulsację rezonansową wymuszającej SEM) czyli gdy

0x01 graphic
0x01 graphic

Innymi słowy, prąd wymuszony osiąga maksymalną, rezonansową amplitudę, gdy pulsacja wymuszającej SEM jest równa pulsacji drgań własnych nietłumionych układu - 0x01 graphic
.

Amplituda prądu 0x01 graphic
w przypadku rezonansu, równa się 0x01 graphic
, czyli nie zależy od L i C.

0x01 graphic
Rezonans elektromagnetyczny może też wystąpić podczas oddziaływania na siebie dwóch obwodów elektrycznych LRC o odpowiednio dobranych pulsacjach. Jeden z tych obwodów odgrywa wtedy rolę źródła wymuszającego drgania elektromagnetyczne w drugim obwodzie. Spełnienie warunku rezonansu sprowadza się w tym przypadku do wywołania takiej zmiany pulsacji któregokolwiek z obwodów, by pulsacje ich drgań stały się równe.

  1. Fale elektromagnetyczne

Fale elektromagnetyczne to zaburzenie pola elektromagnetycznego (e-m). Fala elektromagnetyczna sprowadza się do rozchodzenia się w przestrzeni zaburzeń w postaci zmiennych pól elektrycznego i magnetycznego, prostopadłych wzajemnie do siebie i do kierunku ich rozchodzenia.

W pustej przestrzeni pole e-m opisane jest układem równań Maxwella o postaci równania falowego:

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie:

Δ - laplasjan,

H - wektor natężenia pola magnetycznego,

E - wektor natężenia pola elektrostatycznego,

c - prędkość fazowa światła

Układ powyższy można zapisać H = 0 i E = 0, gdzie  oznacza dalambercjan, lub analogicznie dla potencjałów skalarnego ϕ i wektorowego A: A = 0 i  = 0.

Wynikającą stąd możliwość istnienia fal e-m zauważył H.R. Hertz. Fale e-m są falami poprzecznymi, wektory E i H są wzajemnie prostopadłe i oba są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Fale e-m rozchodzą się w próżni z prędkością światła (c).

W zależności od długości fali fale e-m określa się mianem fal radiowych (długich, średnich, krótkich, ultrakrótkich i mikrofal), fal świetlnych (podczerwonych, widzialnych i ultrafioletowych), promieni Roentgena (X) i promieniowania gamma. W ujęciu kwantowym, zgodnie z zasadą dualizmu korpuskularno-falowego, fale elektromagnetyczne o częstotliwości ν są strumieniami fotonów o energii E = hν, gdzie h - stała Plancka.

Długości i częstotliwości fal elektromagnetycznych przestawia tabela

Rodzaj fali

Długość fali [m]

Częstotliwość [Hz]

fale radiowe

> 10-4

< 3·1012

podczerwień

5·10-4÷ 8·10-7

6·1011÷ 3.7·1014

światło widzialne

8·10-7÷ 4·10-7

3.7·1014÷ 7.5·1014

ultrafiolet

4·10-7÷ 10-9

7.5·1014÷ 3·1017

promieniowanie X

10-9÷ 6·10-12

1.5·1017÷ 5·1019

promieniowanie gamma

< 10-10

> 1018

Część II: Ćwiczenia praktyczne

Wykonano trzy serie pomiarów przypadków zjawiska rezonansu. Wyniki zamieszczono w tabeli I. Dotyczą one następujących układów :

Przeprowadzono także doświadczenie sprawdzające zanik maksimum rezonansowego w funkcji odległości obwodów (w tym wypadku za odległość obwodów przyjęto wewnętrzną odległość cewek zwojnicy rezonatora i oscylatora). Wyniki zamieszczono w tabeli II.

Wykresy funkcji utworzone na podstawie danych pomiarowych przedstawiono na wykresach:

  1. porównano przebieg krzywej rezonansowej obwodu tłumionego i nietłumionego.

  2. porównano przebieg krzywej rezonansowej obwodu nietłumionego i obwodu o dodatkowej pojemności 0x01 graphic
    .

  3. przedstawiono zależność natężenia prądu od odległości cewek oscylatora i rezonatora.

Wykresy zaopatrzono w prostokąty błędów. Błędy pomiarowe zostały porównane z odpowiadającymi im wartościami na wykresach. Wyznaczone w powyższy sposób błędy pomiaru posłużyły do znalezienia prostokątów błędu o odpowiednich wartościach boków.

0x01 graphic
2pF

0x01 graphic
klasa miernika * zakres / 100=0x01 graphic

0x01 graphic
4 mm

Błąd pomiarowy okazał się na tyle nieistotny, że prostokąty błędów umożliwiły rzetelne przeprowadzenie krzywych.

Na wykresach I i II na osi OX przedstawiono wartość pojemności C [pF]. Przyjęty dla potrzeb wykresu zakres wynosi 110-260 pF, stopniowany co 10 pF. Na osi OY przedstawiono wartość natężenia prądu I [0x01 graphic
]. Przyjęty dla potrzeb wykresu zakres wynosi 90-260 0x01 graphic
, stopniowany także co 10 0x01 graphic
.

Na wykresie III na osi OX przedstawiono wartość odległości r [cm], przyjęty dla potrzeb wykresu zakres wynosi 30-60 cm, stopniowany co 5 cm. Na osi OY przedstawiono wartości natężenia prądu, identyczne z wykresami I i II. Wykresy zawierają legendę.

Tabela I

L.p.

Rezonator nietłumiony

Rezonator tłumiony R=5kΩ

Rezonator z pojemnością Cx

C [pf]

I [μA]

C [pF]

I [μA]

C [pF]

I [μA]

1.

121

10

124

10

101

10

2.

133

20

136

20

112

20

3.

138

30

141

30

117

30

4.

143

40

147

40

122

40

5.

147

50

151

50

126

50

6.

149

60

155

60

128

60

7.

152

70

160

70

131

70

8.

155

80

168

74

133

80

9.

158

90

172

70

137

90

10.

162

100

179

60

141

100

11.

170

106

185

50

145

108

12.

172

100

192

40

151

100

13.

177

90

202

30

155

90

14.

180

80

212

20

159

80

15.

184

70

248

10

162

70

16.

188

60

166

60

17.

192

50

170

50

18.

197

40

176

40

19.

206

30

185

30

20.

216

20

196

20

21.

250

10

229

10

Tabela II

L.p.

r (cm)

I (μA)

1.

31

106

2.

31,8

90

3.

33,1

76

4.

34,8

60

5.

36,4

50

6.

38,5

40

7.

41,5

30

8.

44,5

20

9.

51,9

10

10.

57,1

6

Zależność natężenia prądu I

od odległości r

Wykres I

[I=f(C)]

Obserwujemy spadek wartości maksymalnych natężenia prądu I, wskutek dołączonej dodatkowej oporności. Spadek ów wynosi 320x01 graphic
.

Wykres II

[I=f(C)]

Obserwujemy przesunięcie wartości maksymalnych natężenia prądu I w kierunku mniejszych pojemności. Spowodowane jest to dołączeniem dodatkowej pojemności. Z wykresu można odczytać dodatkową pojemność 0x01 graphic
, której to równa jest różnica pojemności rezonatora, tłumionego i z dodatkową pojemnością, w których natężenie osiągało maksimum.

Wynosi ona 25 pF.

Wykres III

[I=f(r)]

Obserwujemy spadek maksimum rezonansowego dla coraz większych odległości cewek.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
02 Silniki indukcyjneid 3486 (2)
3486
3486
3486
3486
3486
3486
200403 3486
3486
3486(1)

więcej podobnych podstron