Как найти критический ток по графику

	Определение критического тока соленоида 29.04.2013, 19:31
23/10/12 713	Имеется график зависимости тока на аноде от тока на соленоиде. Стоит задача узнать критический ток. В интернете по-разному выбирают точки на графике для рассчета критического тока: в центре самого крутого спада, в низу самого крутого спада, по касательной от самого крутого спада. Как верно? http://img.findpatent.ru/img_data/88/881353.gif

nestoronij	Re: Определение критического тока соленоида 29.04.2013, 21:02
09/02/12 358	Это точка пересечения двух касательных. Но в методе магнетрона Ваш график (первый) не совсем верный. При увеличении тока соленоида горизонтального участка не получится. Во всяком случае в нашей установке такого не наблюдалось. Вот рис.3 , то что должно быть. Но касательная к верхней части кривой и спаду.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы

Для
определения удельного заряда электрона
используется двух- электродная лампа,
включенная по схеме, данной на рис.
4.3.а.

Лампа
помещена в центральную часть соленоида,
схема включения которого приведена на
рис.4.3.б. Ток в цепи соленоида устанавливают
с помощью реостата R_с.

Реостатом
R_a
поддерживается постоянное анодное
напряжение U_а.
Анодный ток измеряется миллиамперметром
mA. Для определения критического тока
I_с
кр
снимают график зависимости анодного
тока I_a
от тока в соленоиде I_с,
экспериментальные кривые I_a
=
I_a
(I_c)
не будут делать вертикаль-

мости
от I_c
(эта зависимость показана пунктиром
на рис.4.4). Вместо графического
дифференцирования можно ограничиться
нахождением точки на графике I_а
= I_а
(I_с),
в которой касательная имеет максимальный
наклон (это делается с помощью линейки).
Соответствующее значение I_c
и будет критическим.

1. Выполнение
   работы и обработка результатов

1. Включить
   схему, собранную согласно рис.4.3, в сеть
   220 В.

2. После
   3 минут прогрева катода установить одно
   из рекомендованных значений анодного
   напряжения U_а.

3. Увеличивая
   ток в цепи соленоида ступенями по 0,1 А.
   Записать для каждого значения силы
   тока соленоида I_c
   соответствующее
   значение анодного
   тока
   I_а.
   При этом анодное напряжение следует
   поддерживать постоянным.

4. Опыт
   повторить для трех анодных напряжений
   (указывает преподаватель).

5. По
   результатам опыта для каждого U_а
   на миллиметровой бумаге построить
   график зависимости анодного тока от
   тока в соленоиде (на одном рисунке).

6. Из
   графиков найти критический ток I_{с
   кр}
   в соленоиде для каждого значения U_а,
   затем по формуле (4.7) вычислить е/m. Из
   трех значений для е/m взять среднее
   арифметическое.

7. Оценить
   погрешность вычислений.

8. Используя
   табличные данные для заряда и массы
   электрона, рассчитать величину удельного
   заряда электрона. Сравнить с
   экспериментально полученной величиной
   е/m.

1. Контрольные
   вопросы

1. Что
   называют удельным зарядом электрона?

2. Какие
   силы действуют на электрон при его
   движении между электродами лампы? Чему
   они равны и как направлены?

3. По
   какой траектории движется электрон
   при наличии Е и В.

4. Что
   такое критическое поле В_кр
   и критический ток I_{c
   кр}?

5. Как
   определяется е/m электрона в данной
   работе?

6. Почему
   спад на кривой зависимости I_а
   от I_с
   получается не в виде ступеньки, а
   размытым?

Литература.
[1, §§18.1; 2, §§ 37; 3, §§ 72-74].

1. ИЗУЧЕНИЕ
   ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Цель
работы:
изучение зависимости магнитной индукции
B в веществе от напряженности H внешнего
магнитного поля. Определение зависимости
магнитной проницаемости m от напряженности
магнитного поля Н. Определение коэрцитивной
силы и остаточной индукции.

Приборы
и принадлежности:
ферритовый тороид, осциллограф, генератор
синусоидальных сигналов, цифровой
вольтметр, амперметр, резисторы,
конденсатор.

1. Теоретические
   сведения

Движение
электронов по замкнутой орбите
эквивалентно круговому току I = e ν, где
е — заряд электрона, а ν — частота обращения
электрона. При этом модуль орбитального
магнитного момента электрона (см. формулы
(7)…(9))

Р_m
орб
= е ν π r²
(5.1)

Модуль
момента импульса электрона, движущегося
по круговой орбите (см. рис.5.1),

L_орб
=
m
r
υ
= m
2
π ν r².
(5.2)

, (5.4)

что
в два раза превышает аналогичное
отношение (5.3) для орбитальных моментов.
В настоящее время установлено, что
именно собственные магнитные моменты
электронов ответственны за магнитные
свойства многих веществ и, в частности,
ферромагнетиков.

Общий
магнитный момент атома

равен
сумме орбитальных и собственных магнитных
моментов его электронов. Пусть ∆V —
небольшой объем пространства, заполненного
веществом.

Величину

,
(5.5)

где
в числителе стоит сумма всех атомных
магнитных моментов в объеме DV, называют
намагниченностью
вещества.
Таким образом,
представляет собой магнитный момент
единицы объема.

Вектор

(5.6)

называют
напряженностью
магнитного поля.
Для изотропных магнетиков

,
(5.7)

где
χ — коэффициент, зависящий от рода
вещества. Его называют магнитной
восприимчивостью.

Вектор .
(5.8)

Коэффициент
μ= 1 + χ называют магнитной
проницаемостью вещества.
Вещества, для которых χ < 0 (μ<1), называют
диамагнетиками.
Вещества, для которых χ > 0 (μ>1), называют
парамагнетиками.
Среди парамагнетиков выделяют класс
веществ, называемых ферромагнетиками,
для которых: 1) χ (μ) может значительно
превышать единицу и 2) χ
и
μ зависят от H.

Ферромагнетикам
свойственно явление
гистерезиса.
Оно заключается в том, что J зависит не
только от H в данный момент, но и от того,
как изменилась H в предшествующие моменты
времени. Следовательно, для ферромагнетиков
J не является однозначной функцией H.

В
ферромагнетике имеются микрообласти,
в которых все атомные моменты параллельны
друг другу даже в отсутствие внешнего
магнитного поля. Эти области называют
доменами.

Если
ферромагнетик поместить в магнитное
поле, интенсивность которого постепенно
возрастает, то его намагниченность
можно довести до насыщения (точка А на
рис.5.2) и зависимость
от(кривая намагничива-

лена
на рис.5.3. Величина В_ост
называется остаточной
индукцией.
Площадь петли гистерезиса на рис.5.3
пропорциональна количеству теплоты,
выделяющемуся в единице объема
ферромагнетика за один цикл перемагничивания.

1. Описание
   установки и метода измерений

Схема
установки показана на рис.5.4. Исследуемым
образцом является ферритовый тороид
Т, на который равномерно намотаны две
об- мотки 1 и 2 с числом витков N₁
и N₂
соответственно. Последователь- но с
намагничивающей обмоткой 1 включен
резистор r₁,
сопротивление которого равно R₁,
и миллиамперметр mА. Напряжение с
сопротивления R₁
подается на горизонтальный вход X
осциллографа. Это напряжение
пропорционально

напряженности
поля катушки 1, так как через обмотку 1
и резистор r₁
течет один и тот же ток. Следовательно,
и отклонение луча по горизонтали
пропорционально Н.

Для
тороида Н = n I, где I — сила тока в тороиде,
n — число витков на 1 м тороида (плотность
витков).

Миллиамперметр
показывает эффективное значение тока
I_эф.
Амплитуда переменного тока.
Таким образом, для амплитуды намагничивающего
поля имеем:

, (5.9)

где
L_ср—
средняя длина тороида, а
—
плотность витков обмотки 1.

На
вертикальный вход У осциллографа
подается напряжение U с конденсатора
С. Пренебрегая падением напряжения на
вторичной обмотке 2, имеем (по закону
Ома): ε = R₂J₂
— U_с
где ε- ЭДС индукции, возникающая в обмотке
2, R₂
— сопротивление резистора r₂,
U_с
— напряжение на конденсаторе С. Если R₂
и С так велики, что R₂J₂
»
U_c,
то

, (5.10)

где
N₂
— число витков обмотки 2, а S — площадь
сечения тороида.

Учитывая
выражение (5.10), получаем:

, (5.11)

или

. (5.12)

Таким
образом, отклонение электронного луча
по оси У (по верти- кали на экране
осциллографа) будет пропорционально
величине В (в каждый момент времени).
Напомним, что отклонение луча по
горизонтальной оси х пропорционально
Н.

За
полный цикл изменения Н луч описывает
на экране осциллографа петлю гистерезиса
(рис.5.3):

В
= f(Н).

1. Задание
   и отчетность

1. Собрать
   схему согласно рис.5.3 (все ручки на
   приборах находятся в положениях,
   отмеченных красными точками !).

2. Изменяя
   ток I _эф
   в намагничивающей обмотке поворотом
   ручки «Рег. выхода» генератора
   низкочастотных сигналов, измерить
   напряжение на конденсаторе U_{с
   эф}
   универсальным вольтметром В7-16, выбирая
   пределы измерения и интервалы величин
   согласно таблице, имеющейся на рабочем
   месте.

3. Результаты
   измерений I_эф
   и U_{с
   эф}
   записать в таблицу.

4. Для
   каждого значения I_эф
   определить Н_о
   и В_о
   по формулам (5.9) и (5.12) соответственно.
   Построить основную кривую В_о
   = f(Н_o)
   (участок ОА на рис.5.3).

5. Для
   каждого Н_о
   определить μ по формуле
   и построить график μ=f(H)

1. Дополнительное
   задание

Определить
коэрцитивную силу Н_с
и остаточную индукцию В_r,
установив для этого максимальную
величину I₂
= 40 мА.

1. Определить
   по осциллографу число делений,
   соответствующее коэрцитивной силе Н_с
   (отрезок
   ОН_с
   на рис.5.3), и умножить его на цену деления
   С_н
   (указана на передней панели прибора).
   Так рассчитывается напряжение U_1с.

Коэрцитивную
силу вычислить по формуле

1. Определить
   по осциллографу число делений,
   соответствующее остаточной индукции
   В_r
   (отрезок ОВ_r
   на рис.5.3), и умножить его на цену деления
   С_в
   (значение С_в
   определяется по положению большой
   ручки переключателя «Вольт/дел.»).
   Тем самым Вы найдете U_сr.
   Остаточную индукцию определить по
   формуле