Променева трубка. Принцип роботи осцилографа.

Сила Ампера.

Сила Ампера - це сила, яка діє на провідник із електричним струмом з боку магнітного поля.

Сила Ампера залежить від:

· сили струму I

· елемента (частини) довжини провідника dl

· кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля ,

· магнітної індукції B

У векторній формі сила Ампера записується

Якщо кут між векторами B i I <90°:

- сила Ампера

B = 1 Тл(Тесла) - індукція магнітного поля
I = 1 А(Ампер) - сила струму
l = 1 м(метр) - довжина провідника
- кут між векторами B i I

Якщо кут між векторами B i I =90°, тоді sin90°=1, звідси:

F = BIl

141. Закон циркуляції магнітного поля.

Магнітних зарядів у природі не виявлено. Магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами або струмами. Спостереження спектрів магнітних полів показують, що лінії індукції магнітного поля мають форму концентричних кіл, центри яких лежать на лінії струму. Обчислимо циркуляцію вектора В по довільному замкненому контуру L навколо провідника, по якому проходить струм силою І. фактично ми маємо на меті обчислити роботу сили Ампера, яка діє на одиничний пробний елемент провідника зі струмом при перенесенні його по замкненому контуру в магнітному полі.після виведення маємо кінцеву формулу: Bdl=0I. Закон повного струму слушний для довільних струмів і для вакууму формулюється так: циркуляція вектора індукції магнітного поля постійних струмів по довільному замкненому контуру дорівнює алгебраїчній сумі сил струмів, які охоплюються цим контуром, помноженій на магнітну сталу. Отже, робота при перенесенні пробного одиничного елемента струму в загальному випадку не дорівнює нулеві. Такі поля називають непотенціальними або вихровими. Лінії магнітної індукції поля не мають ні початку ні кінця, вони завжди є замкненими або прямують у нескінченність. У цьому полягає одна з відмінностей статичного магнітного поля порівняно з електричним.

142 Соленоїд. Енергія та індуктивність довгого соленоїда.

Соленоїд— це фізичний прилад, котушка проводу, намотаного на циліндричну поверхню. Якщо довжина соленоїда набагато більша його діаметра, то при протіканні струму всередині котушки виникає однорідне магнітне поле спрямоване вздовж осі.

(СІ), (СГС),

де ₀ — магнітна проникність вакууму, n — число витків на одиницю довини, I — сила струму в обмотці соленоїда. Індуктивність соленоїда:

L = ₀n²V (СІ), L = 4n²V (СГС),

де V — об'єм соленоїда.

143. Потік магнітного поля. Закон електромагнітної індукції Фарадея.

Магнітний потік — потік вектора магнітної індукції.

Магнітний потік позначається зазвичай грецькою літерою , вимірюється у системі СІ у веберах. Магнітний потік через нескінченно маленьку площадку dS визначається:

d = BdScos,

де B — значення індукції магнітного поля, — кут між напрямком поля й нормаллю до поверхні.

Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінному магнітному полі.

Фарадей становив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де

— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

— магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою

де R - опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

де — е.р.с., I — сила струму, L — індуктивність.

144. Принцип дії електричного генератора змінного струму.

Електричний генератор - пристрій, призначений для перетворення енергії механічного руху в енергію електричного струму, здебільшого використовуючи принцип електромагнітної індукції. Електричний генератор є електричною машиною з функцією, протилежною функції електродвигуна. Роль джерела механічної енергії для генератора можуть виконувати парова машина чи парова турбіна, потік води, що обертає колесо, вітер, двигун внутрішнього згорання або навіть сила людини.

Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції

145. Класифікація матеріалів за магнітними властивостями.

У відповідності з магнітними властивостями всі матеріали діляться на діамагнітні(діамагнетики),парамагнітні(парамагнетики),феромагнітні(феромагнетики), антиферомагнітні(антиферомагнетики),феримагнітні(феримагнетики).

Діамагнетизм існує в усіх речовинах і пов’язаний з тим,що зовнішнє магнітне поле впливає на орбітальний рух електронів,внаслідок чого індуктується магнітний момент,направлений на зустріч магнітному полю.Після зняття зовнішнього магнітного поля індуктований магнітний момент діамагнетика зникає.

До діамагнітних речовин відносяться інертні гази,водень,мідь,цинк,свинець(речовини,що складаються з атомів повністю заповненими електронними оболонками).

Парамагнітні речовини відрізняються тим,що складаються з атомів з неповністю заповненими оболонками,тобто володіючих магнітними моментами.Але такі атоми знаходяться досить далеко один від одного і взаємодія між ними відсутня.

Феромагнітніречовини містять атоми,які володіють магнітним моментом(незаповнені електронні оболонки),але відстань між ними не така велика,як в парамагнетиках,в результаті чого між атомами виникає взаємодія,яка називається обмінною,(передбачається,що сусідні атоми обмінюються електронами).

Антиферомагнетикаминазивають матеріали,в яких під час обмінної взаємодії сусідніх атомів проходить антипаралельна орієнтація їх магнітних моментів.

До феромагнетиківвідносяться речовини,в яких обмінна взаємодія здійснюється не небезпосередньо між магнітоактивними атомами,а через немагнітний іон кисню.

146. Феромагнетики, парамагнетики та діамагнетики.

147. Принципи мас спектрометрії.

Мас-спектрометрія— метод визначення хімічного, фазового складу і молекулярної структури речовини, що базується на реєстрації спектра мас йонів, утворених внаслідок іонізації атомів і (або) молекул проби.

М.-с. належить до найбільш інформативних методів і відрізняється високими аналітичними характеристиками, дозволяє провести аналіз твердих, рідких і газоподібних речовин.

1.Ізотопний аналіз (вимірювання поширеності ізотопів різних елементів в земних і космічних об'єктах та їх варіацій) дозволяє:

· встановлювати розповсюдженість радіогенних ізотопів;

· визначати абсолютний вік порід, мінералів і рудних тіл;

· вимірювати варіації розповсюдженості стабільних ізотопів в земній корі, її надрах і космічних об'єктах;

· вивчати роль біосфери в процесах формування родов. горючих корисних копалин (вугілля, нафти і газу).

2. Молекулярний аналіз (аналіз складних сумішей органічних сполук і визначення їх структури) використовується для визначення складу органічних сполук у ґрунтах, реєстрації органічного забруднення вод, для вивчення складу нафт і їх фракцій з метою оптимізації процесів їх переробки.

3. Елементний аналіз дозволяє визначати склад домішок порід, мінералів і рудних утворень і дослідити розподіл елементів в мікрооб'ємах природних об'єктів, пов'язаний з магматичними і осадовими процесами.

148. Поведінка провідників у змінному полі.

Сам факт існування електричного струму засвідчує, що на електрично заряджені частинки в провіднику діє електричне поле. Існування такого поля підтверджується дослідами, а його походження пояснює теорія Максвелла. За цією теорією, в системі відліку, в якій спостерігається змінне магнітне поле, виявляється електричне поле. На відміну від електростатичного поля воно має деякі специфічні властивості. Оскільки воно діє на нерухомі електрично заряджені частинки, то назване електричним. Однак, це поле виконує роботу з переміщення заряджених частинок замкнутим контуром, тому воно не потенціальне. Його лінії напруженості замкнуті, тому його називають вихровим.

Лінії напруженості індукованого електричного поля охоплюють лінії індукції змінного магнітного поля і становлять з ними єдину систему. Напрямок ліній напруженості індукованого електричного поля можна визначити за правилом лівого гвинта .

Отже, в нерухомому замкнутому провіднику, який знаходиться в змінному магнітному полі, виникає ЕРС індукції.

Якщо напрямок поступального руху лівого гвинта збігається з напрямком зростання магнітної індукції поля, то його обертальний рух вказує напрямок ліній напруженості вихрового електричного поля .

149. . Електричні прилади і їх використання.

Електричний пристрій — це пристрій який працює за допомогою електроенергії, перетворюючи її в будь яку іншу енергію. Електровимірювальні прилади — клас пристроїв, що застосовуються для виміру різних електричних величин. У наш час електричні вимірювання й електричні прилади посідають одне з чільних місць у житті цивілізованого людства. За частотою застосувань електричні вимірювання поступаються хіба що лише вимірюванням довжини, маси та температури. Електричні вимірювання застосовуються не лише для вимірювань власне електричних величин (напруги, струму, потужності, енергії, опору, частоти, зсуву фаз, ємності та ряду магнітних величин), а й при використанні перетворювачів для вимірювання багатьох неелектричних величин (тиску, температури, швидкості, параметрів вібрації, рівня рідин та сипучих матеріалів, витрати рідин та газоподібних речовин, величин потужних деформацій, відстаней тощо).

В енергетиці електровимірювальні прилади використовують не тільки для поточного контролю роботи енергообладнання, а й для пошуку його пошкоджень. Причому саме за допомогою електричних вимірювань візуально недосяжні пошкодження обладнання знаходять найвище й найточніше. Потенціальні можливості промисловості, що виробляє електровимірювальні прилади, в Україні надзвичайно великі й значною мірою перевищують потреби країни у цих приладах.

Важко уявити нашу працю і побут без електрики. Її широко використовують у промисловості, на транспорті, у зв’язку, в медицині й мистецтві. Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали, яких немає в природі.

Електровимірювальний прилад складається з вимірювального механізму, який поміщений у корпус, та допоміжних частин (затиски для підключення, перемикачі меж вимірювань, блок живлення, коректор та інші). Вимірювальний механізм складається з рухомої і нерухомої частин, та має шкалу з певною кількістю поділок.

Принцип дії вимірювального механізму може бути заснований на явищі електромагнетизму, електромагнітної сили або теплової дії струму. В результаті цих явищ виникає обертаючий момент, який повертає рухому частину вимірювального механізму разом з покажчиком (стрілкою). Стрілка відхиляється на кут, прямо пропорційний значенню вимірюваної фізичної величини. В протидію обертаючому моменту (електромагнітним або механічним шляхом) створюється рівний та протидіючий момент, тому що інакше стрілка буде відхилятися до кінця шкали при будь-якому значенні вимірюваної величини (відмінної від нуля).

Електровимірювальні прилади характеризуються наступними величинами:

1. Межа вимірювання – найбільше значення фізичної величини, яке можна вимірити приладом.

2. Ціна поділки – кількість одиниць вимірюваної фізичної величини в одній поділці шкали приладу

3. Чутливість – кількість поділок шкали, на яку відхиляється стрілка приладу при зміні вимірюваної фізичної величини на одну одиницю

5. Абсолютна похибка – різниця між показанням приладу та дійсним значенням вимірюваної фізичної величини

6. Відносна похибка – відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної фізичної величини (виражене у відсотках)

7.Приведена похибка – відношення абсолютної похибки до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках)

8. Клас точності – відношення максимальної абсолютної похибки (встановлюваної при проектуванні приладу) до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках)

150. Розширення меж використання електроприлпадів

Розширення межі вимірювання вольтметра досягається вмиканням послідовно з вольтметром опору R_д(рис. 2). Цей опір зветься додатковим опором. Розрахунок додаткового опору R_д здійснюється, враховуючи внутрішній опір вольтметра R_в. З виразу, напруги на окремих опорах будуть:

для послідовно з’єднаних опорів маємо, що загальна напруга буде: , де (3). Число n наз. множником додаткового опору. Воно вказує, на яке число треба помножити показ вольтметра, щоб отримати значення напруги на вимірюваній ділянці кола. З виразу (3) випливає, що розрахунок додаткового опору проводиться за формулою: (4)

Променева трубка. Принцип роботи осцилографа.

Електронно-променева трубка — електронний прилад, який має форму трубки, видовженої в напрямку осі електронного променя, що формується в ЕПТ. ЕПТ складається з електронно-оптичної системи, відхиляючої системи і флуоресцентного екрана або мішені.

Залежно від методу управління електронним променем ЕПТ поділяються на:

· електростатичні

· електромагнітні

Осцилограф — прилад для вимірювання та запису параметрів електричного сигналу.

За способом обробки вхідного сигналу осцилографи поділяють на аналогові та цифрові. За кількістю променів поділяються на одно- двохпроменеві тощо. N-променевий осцилограф має N сигнальних входів та може одночасно відображати на екрані N графіків. Цифрові осцилографи також поділяються на запам’ятовуючі, люмінофорні та стробоскопічні.

Фігури Ліссажу — замкнуті траєкторії, що прокреслюються точкою, що здійснює одночасно два гармонійних коливання у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Вперше вивчені французьким ученим Ж. Ліссажу. Вид фігур залежить від співвідношення між періодами ( частотами), фазами і амплітудами обох коливань. У найпростішому випадку (за рівності обох періодів) фігури являють собою еліпси, які при різниці фаз 0 або вироджуються у відрізки прямих, а при різниці фаз /2 і рівності амплітуд перетворюються в коло. Фігури Ліссажу вписуються в прямокутник, центр якого збігається з початком координат, а сторони паралельні осям координат і розташовані по обидва боки від них на відстанях, рівних амплітудами коливань.

152. Умови виникнення періодичного руху.

Коливаннями називаються рухи або процеси, які характеризуються певною повторюваністю в часі. Коливальні процеси широко поширені в природі й техніці, наприклад, коливання маятника годинника, змінний електричний струм і т.д. При коливальному русі маятника змінюється координата його центра мас, у випадку змінного струму - коливаються напруга й струм у ланцюзі. Фізична природа коливань може бути різною, тому розрізняють коливання механічні, електромагнітні й ін. Однак різні коливальні процеси описуються однаковими характеристиками й однаковими рівняннями. Звідси випливає доцільність єдиного підходу до вивчення коливань різної фізичної природи. Коливання будуть вільними (або власними), якщо вони відбуваються за рахунок деякої енергії, переданої коливальній системі в початковий момент часу, при відсутності в наступні моменти часу будь-яких зовнішніх впливів на цю систему.

153. Електричні коливання. Електричний коливальний контур.

електричні коливання –періодичні або близькі до періодичних зміни заряду конденсатора і струму в котушці індуктивності. Із зарядом конденсатора і струмом котушки пов’язані відповідно електрична і магнітна енергії. Тому періодичним змінам заряду і струму відповідають аналогічні зміни енергії, тобто виникають електромагнітні коливання.

Коливальний контур— система, що складається з послідовно з’єднаних конденсатора ємністю С, котушки індуктивністю Л, провідника з омічним опором Р, в якій можуть збуджуватись електричні коливання.

В загальному випадку активний опір R включає не тільки активні опори провідників, а й опір, зв'язаний з витратами на випромінювання, що виникає внаслідок відкритості конденсатора та індуктивності.

У випадку, коли активний опір малий, і ним можна знехтувати, коливальний контур називаю LC-контуром.

В ланку коливального контура можна добавити перемикач для аналізу процесу накопичення зарядів на ємності.

Період – час, протягом якого в коливальному контурі відбувається один повний цикл змін і контур повертається в початковий стан.

Власні електричні коливання – які відбуваються внаслідок процесів у самому коливальному контурі без зовнішніх впливів і втрат енергії. Циклічна частота: w=1/LC; період, частота

154. . Згасаючі електричні коливання.

Вільними згасаючими коливаннями називаються коливання, амплітуда яких зменшується з плином часу (завдяки розсіюванням енергії коливної системи). Найбільш простими є згасаючі коливання в лінійних системах, де розсіювання енергії системи обумовлене факторами пропорціональними першій степені швидкості змін досліджуваного параметру.

Крива, що описує затухаючі коливання – неперіодична, хоча значення q періодично стає рівним нулеві і нескінченну кількість разів досягає макс і мін. Період – час, протягом якого заряд досягає двох максимумів. Оскільки затухаючі коливання не є періодичним процесом у повному його розумінні, тому термін «період» затухаючих коливань у даному разі не зовсім вдалий. Період у власних незатухаючих коливань є меншим від періоду затухаючих коливань. Час затухання – протягом якого амплітуда коливань зменшується в н разів.

Логарифмічний декремент затухання – логарифм відношення амплітудних значень змінюваної величини, розділених у часі в один період. Для спостереження затухаючих коливань найзручніше вхід осцилографа приєднати до обкладок конденсатора коливального контура.