Файл: Практическая работа 16. Измерение параметров физических полей Цель формирование умений пользоваться параметрами физических полей Ход работы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 333
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Практическая работа №16. Измерение параметров физических полей Цель: формирование умений пользоваться параметрами физических полейХод работы: Теоретические вопросы 1. Понятие физического поля. 2. Понятие и параметры электромагнитного поля.3. Понятия и параметры акустического, виброакустического, гидроакустического полей.Задание 1.Виды электрических полей, которые существуют в природе, включают постоянные и переменные электрические поля. Также существуют электромагнитные поля и радиочастотные поля.Электрические заряды взаимодействуют друг с другом по закону Кулона, сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна их величине и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.Источниками электрических полей могут быть любые объекты, обладающие электрическим зарядом или током. Способы обнаружения электрических полей включают использование электрометров, детекторов поля, электронных приборов и других устройств. Также часть электрических полей может быть обнаружена с помощью визуальных наблюдений, например, в случае молний.Задание 2.Электростатическое поле возникает вокруг неподвижных зарядов и не изменяется со временем, оно представляет собой радиальные линии, расходящиеся от положительных зарядов и сходящиеся к отрицательным. Вихревое электрическое поле возникает при движении зарядов или изменении магнитного поля и имеет кольцевую форму.Взаимодействие неподвижных электрических зарядов подчиняется закону Кулона, согласно которому сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Силовые линии в электростатическом поле также соответствуют этому закону.Задание 3. Источником магнитных полей являются движущиеся электрические заряды и магнитные вещества.Примеры магнитных полей в природе:- Земное магнитное поле, возникающее в результате вращения жидкого металлического ядра Земли;- Магнитное поле Солнца, вызванное движением плазмы в его внутренности;- Магнитные поля планет и спутников Солнечной системы.
Свойства линий магнитной индукции:- Линии магнитной индукции замкнуты, они не имеют начала и конца.- Линии магнитной индукции направлены от северного магнитного полюса к южному.- Линии магнитной индукции не пересекаются.- Чем плотнее линии магнитной индукции, тем сильнее магнитное поле.Магнитное поле называется однородным, если оно имеет одинаковую величину и направление в любой точке пространства. Например, магнитное поле внутри длинной прямой проводной проволоки с постоянным током будет однороднымЗадание 4.Существенными свойствами магнитного поля, которые отличают его от электрического, являются:1. Отсутствие монополя. В отличие от электрического поля, магнитное поле не может иметь изолированных магнитных зарядов (монополей).2. Направление источника. Магнитное поле, создаваемое электрическим током, всегда направлено перпендикулярно к направлению тока, тогда как электрическое поле направлено вдоль направления тока.3. Взаимодействие с движущимися зарядами. Магнитное поле оказывает силу на движущиеся заряды, но не на неподвижные.4. Связь между электричеством и магнетизмом. Существует явление электромагнитной индукции, когда изменение магнитного поля приводит к возникновению электрического поля и наоборот.5. Насыщение материалов. Магнитное поле может насытить материалы, в то время как электрическое поле не может насытить никакой материал.Задание 5. Характеристики электрического поля:1. Напряженность электрического поля – единица измерения В/м (вольт на метр)2. Потенциал электрического поля – единица измерения В (вольт)3. Электрический поток – единица измерения Кл/с (кулон в секунду)4. Диэлектрическая проницаемость – размерность безразмерная5. Удельная емкость – единица измерения Ф/м (фарад на метр)6. Поляризация – единица измерения Кл/м² (кулон на квадратный метр)Характеристики электрического поля являются важными для описания электрических явлений и процессов. Они могут быть измерены с помощью специальных приборов, таких как амперметры, вольтметры, измерители напряженности поля и другие.Задание 6. Характеристики магнитного поля:1. Индукция магнитного поля (B) - единица измерения - тесла (T);
2. Напряженность магнитного поля (Н) - единица измерения - ампер/метр (А/м);3. Магнитный поток (Ф) - единица измерения - вебер (Вб);4. Магнитная основа - материал с высокой магнитной проницаемостью, определяет индукцию магнитного поля в магнитном цикле;5. Коэрцитивная сила (Нс) - единица измерения - А/м - сила, необходимая для снятия остаточной намагниченности с магнитной системы.Задание 7.Характер электромагнитного поля в той или иной точке пространства зависит от свойств источника поля, расположения точки относительно источника и многих других факторов.Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрической ЭДС в проводнике, перемещающемся в магнитном поле или подвергающемся изменению магнитного поля. Это явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.Пространство вокруг источника электромагнитного поля подразделяется на три зоны: зону непосредственного поля, зону дальнего поля и зону свободного поля. Зона непосредственного поля находится непосредственно рядом с источником поля и характеризуется быстрым уменьшением интенсивности поля с расстоянием и доминированием электростатической составляющей поля. Зона дальнего поля находится дальше от источника поля и характеризуется преобладанием магнитной составляющей поля. Зона свободного поля находится на достаточно большом расстоянии от источника поля и характеризуется равномерным распределением электромагнитного поля и равенством интенсивности электрических и магнитных полей.Задание 8.В ближней зоне, т.е. на расстоянии порядка длины волны (обычно не более 2-3 длин волн), векторы напряженности электрического и магнитного поля имеют сложную структуру, которая зависит от формы и размеров излучателя. Обычно векторы поля в ближней зоне отличаются от тех, которые описывают плоскую волну.В дальней зоне, т.е. на расстоянии, значительно превышающем длину волны, векторы напряженности электрического и магнитного поля имеют простую структуру и за счет распространения излучения в виде сферической волны описываются простыми аналитическими выражениями. Например, электрическое поле в точке наблюдения в дальней зоне пропорционально произведению вектора направления наблюдения на вектор поперечного (ортогонального направлению распространения) компонента вектора напряженности поля и зависит от косинуса угла между этими векторами. Магнитное поле в дальней зоне также описывается простыми выражениями, которые выражаются через электрическое поле.
Изменение векторов напряженности электрического и магнитного поля при переходе от ближней зоны к дальней зоне обычно сопровождается их изменением по форме и амплитуде. В дальней зоне поля описываются с достаточной точностью плоскими волнами, распространяющимися в указанном направлении.Задание 9.Акустическое поле - это распространение звуковых волн в среде. Оно подразделяется на:1. Пространственное поле - это распространение звуковых волн в пространстве, которое может быть описано через амплитуду и фазу звуковых волн в определенной точке их распространения.2. Временное поле - это изменение параметров звука во времени, включая изменение амплитуды и частоты звуковой волны.3. Спектральное поле - это распределение мощности звука по частотам. Оно описывает спектр звуковой волны и может быть использовано для анализа и определения характеристик и источника звука.4. Энергетическое поле - это суммарная энергия, переносимая звуковыми волнами в определенной точке пространства, которая может быть выражена через интенсивность звука.
Свойства линий магнитной индукции:- Линии магнитной индукции замкнуты, они не имеют начала и конца.- Линии магнитной индукции направлены от северного магнитного полюса к южному.- Линии магнитной индукции не пересекаются.- Чем плотнее линии магнитной индукции, тем сильнее магнитное поле.Магнитное поле называется однородным, если оно имеет одинаковую величину и направление в любой точке пространства. Например, магнитное поле внутри длинной прямой проводной проволоки с постоянным током будет однороднымЗадание 4.Существенными свойствами магнитного поля, которые отличают его от электрического, являются:1. Отсутствие монополя. В отличие от электрического поля, магнитное поле не может иметь изолированных магнитных зарядов (монополей).2. Направление источника. Магнитное поле, создаваемое электрическим током, всегда направлено перпендикулярно к направлению тока, тогда как электрическое поле направлено вдоль направления тока.3. Взаимодействие с движущимися зарядами. Магнитное поле оказывает силу на движущиеся заряды, но не на неподвижные.4. Связь между электричеством и магнетизмом. Существует явление электромагнитной индукции, когда изменение магнитного поля приводит к возникновению электрического поля и наоборот.5. Насыщение материалов. Магнитное поле может насытить материалы, в то время как электрическое поле не может насытить никакой материал.Задание 5. Характеристики электрического поля:1. Напряженность электрического поля – единица измерения В/м (вольт на метр)2. Потенциал электрического поля – единица измерения В (вольт)3. Электрический поток – единица измерения Кл/с (кулон в секунду)4. Диэлектрическая проницаемость – размерность безразмерная5. Удельная емкость – единица измерения Ф/м (фарад на метр)6. Поляризация – единица измерения Кл/м² (кулон на квадратный метр)Характеристики электрического поля являются важными для описания электрических явлений и процессов. Они могут быть измерены с помощью специальных приборов, таких как амперметры, вольтметры, измерители напряженности поля и другие.Задание 6. Характеристики магнитного поля:1. Индукция магнитного поля (B) - единица измерения - тесла (T);
2. Напряженность магнитного поля (Н) - единица измерения - ампер/метр (А/м);3. Магнитный поток (Ф) - единица измерения - вебер (Вб);4. Магнитная основа - материал с высокой магнитной проницаемостью, определяет индукцию магнитного поля в магнитном цикле;5. Коэрцитивная сила (Нс) - единица измерения - А/м - сила, необходимая для снятия остаточной намагниченности с магнитной системы.Задание 7.Характер электромагнитного поля в той или иной точке пространства зависит от свойств источника поля, расположения точки относительно источника и многих других факторов.Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрической ЭДС в проводнике, перемещающемся в магнитном поле или подвергающемся изменению магнитного поля. Это явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.Пространство вокруг источника электромагнитного поля подразделяется на три зоны: зону непосредственного поля, зону дальнего поля и зону свободного поля. Зона непосредственного поля находится непосредственно рядом с источником поля и характеризуется быстрым уменьшением интенсивности поля с расстоянием и доминированием электростатической составляющей поля. Зона дальнего поля находится дальше от источника поля и характеризуется преобладанием магнитной составляющей поля. Зона свободного поля находится на достаточно большом расстоянии от источника поля и характеризуется равномерным распределением электромагнитного поля и равенством интенсивности электрических и магнитных полей.Задание 8.В ближней зоне, т.е. на расстоянии порядка длины волны (обычно не более 2-3 длин волн), векторы напряженности электрического и магнитного поля имеют сложную структуру, которая зависит от формы и размеров излучателя. Обычно векторы поля в ближней зоне отличаются от тех, которые описывают плоскую волну.В дальней зоне, т.е. на расстоянии, значительно превышающем длину волны, векторы напряженности электрического и магнитного поля имеют простую структуру и за счет распространения излучения в виде сферической волны описываются простыми аналитическими выражениями. Например, электрическое поле в точке наблюдения в дальней зоне пропорционально произведению вектора направления наблюдения на вектор поперечного (ортогонального направлению распространения) компонента вектора напряженности поля и зависит от косинуса угла между этими векторами. Магнитное поле в дальней зоне также описывается простыми выражениями, которые выражаются через электрическое поле.
Изменение векторов напряженности электрического и магнитного поля при переходе от ближней зоны к дальней зоне обычно сопровождается их изменением по форме и амплитуде. В дальней зоне поля описываются с достаточной точностью плоскими волнами, распространяющимися в указанном направлении.Задание 9.Акустическое поле - это распространение звуковых волн в среде. Оно подразделяется на:1. Пространственное поле - это распространение звуковых волн в пространстве, которое может быть описано через амплитуду и фазу звуковых волн в определенной точке их распространения.2. Временное поле - это изменение параметров звука во времени, включая изменение амплитуды и частоты звуковой волны.3. Спектральное поле - это распределение мощности звука по частотам. Оно описывает спектр звуковой волны и может быть использовано для анализа и определения характеристик и источника звука.4. Энергетическое поле - это суммарная энергия, переносимая звуковыми волнами в определенной точке пространства, которая может быть выражена через интенсивность звука.