ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 609
Скачиваний: 2
76
Таблица
2
№
п
/
п
n
x
÷
ø
ö
ç
è
æ
м
A
дел
/
n
у
÷
ø
ö
ç
è
æ
Тл
дел
Н
с
(
А
/
м
)
В
ост
(
Тл
)
μ
max
1
2
3.
10.
По
вычисленным
значениям
n
x
и
n
y
прокалибровать
оси
Х
и
У
семейства
осциллограмм
в
единицах
Н
и
В
и
по
осциллограмме
внешнего
цикла
определить
значения
коэрцитивного
поля
Н
с
и
остаточной
индукции
В
ост
исследуемого
ферромагнетика
.
11.
По
вершинам
петель
гистерезиса
построить
график
основной
кривой
намагничивания
В
= f(
Н
)
.
12.
По
графику
основной
кривой
намагничивания
построить
график
зависимости
μ
= f(
Н
)
и
по
этому
графику
определить
значение
μ
max
.
Контрольные
вопросы
1.
Как
классифицируются
магнетики
?
2.
Что
такое
магнитная
проницаемость
вещества
?
3.
Объясните
ход
основной
кривой
намагничивания
ферромагнетика
.
4.
В
чем
заключается
явление
магнитного
гистерезиса
?
5.
Что
такое
остаточная
индукция
и
коэрцитивное
поле
?
6.
Объясните
методику
изучения
магнитного
гистерезиса
с
помо
-
щью
осциллографа
.
РАБОТА
№
12
ИЗУЧЕНИЕ
РАБОТЫ
ПРОСТЕЙШЕГО
ЛАМПОВОГО
ГЕНЕРАТОРА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
КОЛЕБАНИЙ
Приборы
и
принадлежности
:
трехэлектродная
лампа
,
источник
по
-
стоянного
напряжения
на
300
В
,
источник
переменного
напряжения
на
4
В
,
два
воздушных
конденсатора
постоянной
и
переменной
емкости
,
две
ка
-
тушки
индуктивности
,
два
конденсатора
постоянной
емкости
,
сопротивле
-
ние
,
микроамперметр
,
индикатор
высокочастотного
электромагнитного
поля
на
неоновой
лампе
,
неизвестные
емкость
и
индуктивность
.
Краткая
теория
Электрический
колебательный
контур
представляет
собой
цепь
(
рис
. 1),
состоящую
из
последовательно
соединенных
емкости
С
,
индук
-
тивности
L
и
сопротивления
R
проводников
.
В
контуре
происходят
периодические
изменения
силы
тока
и
связанных
с
ней
величин
.
Перезарядку
пластин
конденсатора
можно
понять
,
вспомнив
,
в
чем
состоит
явление
самоиндукции
.
77
Явление
самоиндукции
состоит
в
следующем
:
при
всяком
изменении
тока
в
контуре
в
нем
возникает
э
.
д
.
с
.
само
-
индукции
E
c
,
которая
прямо
пропорцио
-
нальна
скорости
изменения
тока
в
контуре
(
di/dt
)
и
обратно
этой
скорости
направлена
:
ε
dt
di
L
c
-
=
. (1)
Если
ток
нарастает
,
э
.
д
.
с
.
препятствует
этому
увеличению
тока
и
создает
индукци
-
онный
ток
противоположного
направления
.
Если
ток
уменьшается
,
э
.
д
.
с
.
препятствует
уменьшению
тока
и
создает
индукционный
ток
того
же
направления
.
Рассмотрим
работу
контура
.
Зарядим
конденсатор
от
внешнего
ис
-
точника
электроэнергии
до
некоторой
разности
потенциалов
U,
сообщив
его
обкладкам
заряды
±
q
,
и
затем
с
помощью
ключа
К
замкнем
контур
,
то
конденсатор
начнет
разряжаться
и
в
цепи
потечет
некоторый
ток
.
При
ма
-
лом
значении
R
он
будет
очень
быстро
нарастать
.
Направление
для
тока
i,
показанное
на
рис
. 1,
примем
за
положительное
(
верхняя
пластина
заряже
-
на
положительно
,
нижняя
–
отрицательно
)
и
рассмотрим
процессы
,
проте
-
кающие
в
контуре
.
Допустим
сначала
,
что
омическое
сопротивление
про
-
водников
,
из
которых
состоит
контур
,
мало
,
т
.
е
. R
»
0,
и
пусть
в
началь
-
ный
момент
времени
заряд
конденсатора
максимален
(
q = q
o
).
При
этом
разность
потенциалов
между
его
обкладками
также
максимальна
(U = U
o
),
а
ток
в
цепи
равен
нулю
(
рис
. 2
а
).
Когда
конденсатор
начнет
разряжаться
,
то
в
контуре
потечет
ток
.
В
результате
энергия
электрического
поля
будет
уменьшаться
,
но
зато
воз
-
никнет
все
возрастающая
энергия
магнитного
поля
,
обусловленного
током
,
текущим
через
индуктивность
.
Так
как
в
цепи
действует
э
.
д
.
с
.
самоиндукции
,
ток
будет
увеличи
-
ваться
постепенно
,
и
через
время
t = 1/4 T (
четверть
периода
)
он
достигнет
C
K
L
R
i
+
–
Рис
. 1
Рис
. 2
i=i
0
t=
1/4
Т
б
)
i=0
+
–
t=0
a)
i=0
–
+
t=
1/2
Т
в
)
i=–i
0
t=
3/4
Т
г
)
78
максимального
значения
(
i = i
o
),
конденсатор
разрядится
полностью
,
и
электрическое
поле
исчезнет
,
т
.
е
.
q
= 0
и
U = 0.
Теперь
вся
энергия
конту
-
ра
сосредоточена
в
магнитном
поле
катушки
(
рис
. 2
б
).
В
последующий
момент
времени
магнитное
поле
катушки
начнет
ослабевать
,
в
связи
с
чем
в
ней
индуцируется
ток
,
идущий
(
согласно
правилу
Ленца
)
в
том
же
на
-
правлении
,
в
котором
шел
ток
разрядки
конденсатора
.
Благодаря
этому
конденсатор
перезаряжается
.
Через
время
t = 1/2 T
магнитное
поле
исчез
-
нет
,
а
электрическое
поле
достигнет
максимума
.
При
этом
q = q
o
,
U = U
o
и
i = 0.
Таким
образом
,
энергия
магнитного
поля
катушки
индуктивности
превратится
в
энергию
электрического
поля
конденсатора
(
рис
. 2
в
).
Через
время
t = 3/4 T
конденсатор
полностью
разрядится
,
ток
опять
достигнет
максимальной
величины
(i = i
o
),
а
энергия
контура
сосредоточится
в
маг
-
нитном
поле
катушки
(
рис
. 2
г
).
В
последующий
момент
времени
магнит
-
ное
поле
катушки
начнет
ослабевать
и
индукционный
ток
,
препятствую
-
щий
этому
ослаблению
,
перезарядит
конденсатор
.
В
результате
к
моменту
времени
t = T
система
(
контур
)
возвращается
в
исходное
состояние
(
рис
. 2
а
)
и
начинается
повторение
рассмотренного
процесса
.
В
ходе
процесса
периодически
изменяются
(
колеблются
)
заряд
и
на
-
пряжение
на
конденсаторе
,
сила
и
направление
тока
,
текущего
через
ин
-
дуктивность
.
Эти
колебания
сопровождаются
взаимными
превращениями
энергий
электрического
и
магнитного
полей
.
Таким
образом
,
если
сопротивление
контура
равно
нулю
,
то
указан
-
ный
процесс
будет
продолжаться
неограниченно
долго
,
и
мы
получим
не
-
затухающие
электрические
колебания
,
период
которых
будет
зависеть
от
величин
L
и
С
(
см
.
ниже
формулу
Томсона
).
Колебания
,
происходящие
в
таком
идеальном
контуре
(R = 0),
назы
-
ваются
свободными
,
или
собственными
,
колебаниями
контура
.
Выведем
теперь
уравнение
,
описывающее
колебательный
процесс
в
контуре
.
Для
этого
будем
считать
,
что
электрические
процессы
в
контуре
квазистационарны
.
Это
значит
,
что
мгновенное
значение
силы
тока
i
одно
и
то
же
в
любом
месте
контура
.
При
этих
условиях
можно
использовать
второе
правило
Кирхгофа
для
постоянного
тока
:
в
замкнутом
контуре
раз
-
ветвленной
цепи
алгебраическая
сумма
э
.
д
.
с
.
источников
тока
равна
алгеб
-
раической
сумме
произведений
сил
тока
на
сопротивления
соответствую
-
щих
участков
этого
контура
.
Тогда
,
выбрав
направление
обхода
контура
,
показанное
на
рис
. 1
стрелкой
,
в
качестве
положительного
получим
U +
E
c
= iR,
(2)
79
где
C
q
U
=
–
напряжение
на
пластинах
конденсатора
,
ε
С
dt
di
L
-
=
–
э
.
д
.
с
.
самоиндукции
катушки
индуктивности
.
Или
iR
dt
di
L
C
q
=
-
. (3)
Ток
i
является
разрядным
током
конденсатора
и
в
данном
случае
показы
-
вает
,
на
какую
величину
уменьшается
заряд
конденсатора
в
единицу
вре
-
мени
.
Так
что
с
учетом
знака
в
явном
виде
имеем
:
.
,
2
2
dt
q
d
dt
di
dt
dq
i
-
=
-
=
(4)
Подставив
(4)
в
(3),
получим
.
0
1
2
2
=
+
+
q
LC
dt
dq
L
R
dt
q
d
(5)
Итак
,
закон
изменения
величины
заряда
конденсатора
к
колебательном
контуре
удовлетворяет
дифференциальному
уравнению
второго
порядка
.
Для
идеального
колебательного
контура
,
когда
R = 0,
уравнение
(5)
при
-
нимает
вид
.
0
1
2
2
=
+
q
LC
dt
q
d
(6)
Это
уравнение
при
постоянных
L
и
С
аналогично
связи
между
ускорением
колеблющегося
тела
и
смещением
х
от
положения
равновесия
при
гармо
-
ническом
колебательном
движении
:
.
0
2
0
2
2
=
+
x
dt
x
d
w
(7)
Решая
дифференциальное
уравнение
(6),
получим
следующий
закон
изме
-
нения
зарядов
на
пластинах
конденсатора
:
,
cos
0
0
t
q
q
w
=
(8)
где
q
0
–
максимальное
значение
заряда
,
которое
определяется
из
начальных
условий
,
LC
1
0
=
w
–
собственная
(
круговая
)
частота
электрических
ко
-
лебаний
.
С
учетом
связи
между
круговой
частотой
и
периодом
колебаний
имеем
:
0
2
π
1
ω
T
LC
=
=
. (9)
откуда
2
π
.
T
LC
=
(10)
Данное
уравнение
(10)
называется
формулой
Томсона
.
В
реальном
колебательном
контуре
омическое
сопротивление
R
нельзя
свести
к
нулю
.
Поэтому
в
нем
электрические
колебания
всегда
бу
-
дут
затухающими
,
так
как
часть
энергии
будет
затрачиваться
на
нагрева
-
ние
проводников
(
джоулево
тепло
).
Для
осуществления
незатухающих
электрических
колебаний
необхо
-
димо
обеспечить
автоматическую
подачу
энергии
с
частотой
,
равной
час
-
тоте
собственных
колебаний
контура
,
т
.
е
.
необходимо
создать
автоколеба
-
80
тельную
систему
.
Такой
системой
незатухающих
колебаний
является
лам
-
повый
генератор
.
Ламповый
генератор
Простейшая
схема
лампового
генератора
незатухающих
электромаг
-
нитных
колебаний
приведена
на
рис
. 3.
Он
состоит
из
колебательно
-
го
контура
,
включенного
в
анодную
цепь
трехэлектродной
лампы
по
-
следовательно
с
источником
Б
А
по
-
стоянного
анодного
напряжения
.
Анодная
батарея
Б
А
является
как
бы
«
резервуаром
»,
из
которого
подает
-
ся
энергия
в
колебательный
контур
.
С
катушкой
L
контура
индуктивно
связана
катушка
L,
концы
которой
подключены
к
сетке
и
катоду
лам
пы
.
Она
связывает
работу
лампы
с
колебательным
процессом
в
контуре
и
называется
катушкой
обратной
связи
.
Трехэлектродная
лампа
вместе
с
катушкой
обратной
связи
служит
для
того
,
чтобы
энергия
подавалась
в
контур
в
такт
колебаниям
.
Незатухаю
-
щие
колебания
получаются
благодаря
периодической
подзарядке
конден
-
сатора
анодным
током
лампы
,
проходящим
через
контур
.
Для
того
чтобы
осуществлять
периодическую
подзарядку
конденсатора
контура
в
необхо
-
димые
моменты
времени
,
анодный
ток
должен
иметь
пульсирующий
ха
-
рактер
.
Это
обеспечивается
путем
соответствующего
изменения
потенциа
-
ла
на
сетке
лампы
,
который
создается
через
посредство
катушки
связи
L
самим
колебательным
контуром
.
Рассмотрим
более
подробно
работу
такой
электрической
системы
.
При
замыкании
ключа
К
включается
анодная
батарея
Б
А
и
в
анодной
цепи
появится
возрастающий
со
временем
анодный
ток
i
1
.
Этот
ток
,
во
-
первых
,
зарядит
конденсатор
контура
и
,
во
-
вторых
,
создаст
в
катушке
L
магнитное
поле
,
которое
пронижет
также
катушку
L
1
.
Так
как
это
поле
усиливается
со
временем
,
то
,
согласно
правилу
Ленца
,
в
катушке
L
1
будет
индуциро
-
ваться
ток
i
2
,
противоположный
току
i
1
(
на
рис
. 3
направление
этих
токов
показано
стрелками
).
Сеточный
ток
i
2
зарядит
сетку
лампы
отрицательно
,
в
связи
с
чем
лампа
«
запрется
».
Примечание
.
Необходимо
помнить
,
что
направление
тока
противо
-
положно
направлению
движения
электронов
в
лампе
.
Следовательно
,
при
силе
тока
i
2
электроны
движутся
к
сетке
и
,
накапливаясь
на
ней
,
заряжают
ее
отрицательно
.
i
1
Б
Н
Б
А
К
С
L
L
1
i
1
i
2
Рис
. 3