skanowanie0051

/N

112    Elektromagnetyzm

t₀ = RC\ne-RC\n(e-U_i),

t₀ + T = RC\ne-RC\n(£-U_t).

Po odjęciu powyższych równań stronami znajdujemy okres T:

e-U.

T = RC ln-

(27.13)

£-U,

(27.14)

Wyrażenie ln[(£ - U_t)l (£ - U.J] jest wielkością stałą dla określonego napięcia i określonego typu neonówki. Jeżeli oznaczymy je symbolem K, to równanie (27.14) ] przyjmie postać:

T = RCK .    (27.15) 1

Widzimy, że okres drgań relaksacyjnych jest wprost proporcjonalny do pojemności I i oporu.

Zasada pomiaru pojemności

Wzór (27.15) umożliwia wyznaczenie pojemności, jeżeli potrafimy znaleźć okres drgań relaksacyjnych, opór obwodu oraz stałą K. Obwód pomiarowy przedstawiono na rys. 27.3.

Rys. 27.3. Układ do wyznaczania pojemności na podstawie drgań relaksacyjnych

Okres mierzymy sekundomierzem, obserwując błyski neonówki. Oporu najczęściej nie mierzymy - posługujemy się opornikami oznaczonymi. W celu wyznaczenia stałej K zamiast badanego kondensatora bierzemy szereg kondensatorów o znanych pojemnościach i mierzymy okresy drgań relaksacyjnych. Po zmierzeniu okresu mamy wszystkie wielkości określające stalą K i " obliczamy ją, wykorzystując równanie (27.15).

Przebieg ćwiczenia

1.    Przy pewnym ustalonym oporze zmieniać skokami pojemność wzorcową. Dla każdej wartości mierzyć czas 10—20 błysków i wyznaczyć okres. Wartości opolu i pojemności dobierać tak, aby błyski były łatwe do policzenia.

2.    Powtórzyć punkt 1 dla innych wartości oporów. Całkowita liczba kombinacji oporów i pojemności powinna wynosić 20-30.

3.    Dla każdej wartości RC obliczyć stalą K, a następnie jej wartość średnią i odchylenie standardowe średniej.

4.    Wykonać pomiary okresu dla nieznanych kondensatorów i obliczyć pojemność każdego z nich.

27. Wyznaczanie pojemności kondensatora za pomocą drgań relaksacyjnych 113

5.    Obliczyć błędy każdej pojemności, najłatwiej metodą różniczki logarytmicznej. Za błąd stałej K przyjąć wartość obliczoną w punkcie 3.

6.    Zaokrąglić błędy i wyniki.

7.    Zestawić wyznaczone wartości i ich błędy.

Zestaw ćwiczeniowy

Zasilacz (bateria) prądu stałego, neonówka, kondensator wzorcowy (dekadowy), kondensatory badane, sekundomierz, przełącznik

Pojęcia kluczowe

•    Pojemność elektryczna, kondensatory

•    Ładowanie kondensatora: prawo Kirchhoffa, zmiana prądu i napięcia w czasie

•    Rozładowanie kondensatora: prawo Kirchhoffa, zmiana prądu i napięcia w czasie, stała czasowa

•    Neonówka

•    Drgania relaksacyjne: mechanizm, wykres, okres

•    Wyznaczanie stałej K, wyznaczanie pojemności

28. Pomiar e/m metodą odchyleń w polu magnetycznym

Wprowadzenie

Na posiadającą ładunek elektryczny cząstkę, poruszającą się w polu elektrycznym i magnetycznym, działa siła, zwana siłą Lorentza, określona wzorem:

F = qE + qvxB,    (28.1)

gdzie: q - ładunek cząstki, w-jej prędkość, Enatężenie pola elektrycznego, B -indukcja magnetyczna.

Działanie obu wymienionych pól prowadzi w ogólnym przypadku do zmiany wektora prędkości - w polu elektrycznym może się zmieniać kierunek i wartość prędkości, natomiast w polu magnetycznym wartość prędkości pozostaje stała, a zmienia się kierunek. Badanie zachowania się cząsteczek naładowanych, jak np. elektronów, protonów, jonów dodatnich, w polach elektrycznym i magnetycznym pozwala wyznaczyć ładunek właściwy, czyli stosunek ą/m.

W celu określenia ładunku właściwego elektronu (e/m) posłużymy się lampą oscyloskopową z odchyleniem magnetycznym w kierunku Y. Budowę takiej lampy przedstawiono na rys. 28.1. Elektrony emitowane z podgrzanej katody w