Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM

Fyzikální praktiku 2

Zpracoval: Radek Žemlička  Naměřeno: 22. října 2009
Obor: F  Testováno:

Úloha č. 1: ; T = 21, 5 ^{∘}C ; p = 855 hPa ; φ = 65 % Studium elektromagnetické indukce

1 Průběh indukovaných napět’ových pulzů

1.1 Teorie a způsob měření

Mění-li se magnetický tok Φ procházející plochou smyčky, indukuje se na smyčce napětí podle Faradayova zákona:

U = −\frac{dΦ}{dt}  (1)

K indukci měřitelného napět’ového pulzu dochází, pokud se magnet pohybuje v blízkosti snímací cívky. Princip experimentu zobrazuje obrázek 1.

Obrázek 1: Schéma experimentálního uspořádání

Magnet tedy necháváme kmitat způsobem, který je zobrazen na obrázku 1, přičemž vždy prolétává cívkou. Díky tomu můžeme na cívce naměřit napět’ový pulz, podobný, jako na obrázku 2.

Pro amplitudu napětí U_{max} platí:

U_{max} ≈ v_{max}  (2)

kde v_{max} je maximální rychlost magnetu pro kterou platí v_{max} ∼ ϑ_{max}, kdeϑ_{max} je úhlová amplituda kmitů, a platí pro ni: ϑ_{max} ∼ Δt^{−1}

Úkolem je naměřit sadu napět’ových pluzů a potvrdit, že:

U_{max} ∼ Δt^{−1}  (3)

Obrázek 2: Napětí indukované v kruhovém závitu

1.2 Měření

Měření shrnuje tabulka 1 a graf na obrázku 3.

t_{1}[s] U′_{min}[V] t_{2}[s] U′_{max}[V] Δt[s] U_{max} Δt^{−1}[s^{−1}]
0,5809 -0,260 0,6076 0,250 0,0267 0,255  37,45
0,4795 -0,090 0,5663 0,084 0,0868 0,087  11,52
0,5868 -0,112 0,6440 0,110 0,0572 0,111  17,48
0,7080 -0,136 0,7581 0,129 0,0501 0,133  19,96
0,1041 -0,199 0,1404 0,201 0,0363 0,200  27,55
0,6430 -0,280 0,6673 0,279 0,0243 0,280  41,15
0,5467 -0,290 0,5700 0,283 0,0233 0,287  42,92
0,6119 -0,064 0,7217 0,059 0,1098 0,062  9,11
0,4122 -0,092 0,4856 0,089 0,0734 0,091  13,62
0,4684 -0,180 0,5041 0,177 0,0357 0,179  28,01

Tabulka 1: Měření napět’ových pulzů. U_{max} = \frac{U′_{max}+|U′_{min}|}{2} Obrázek 3: Graf zá vislosti napětí na převráceného času Δt.

3

2 Tlumení pohubu magnetu

2.1 Teorie a způsob měření

Kmitavý pohyb magnetu je ve skutečnosti tlumený. Projevuje se tlumení jak mechanické, tak elektromagnetické. Projevuje-li se pouze mechanické tlumení, pak platí:

ϑ_{max}(t) ∼ e^{−βt}  (4)

kde β je koeficient útlumu.

Projevuje-li se naopak pouze elektromagnetické tlumení, pak platí:

ϑ_{max}(t) = ϑ_{max}(0) − αt  (5)

kde α je koeficient útlumu nepřímo měrný zatěžovacímu odporu. Byla měřena časová závislost U_{max} (U_{max} ∼ ϑ_{max}) Pro několik hodnot zatěžovacího odporu.

2.2 Měření

Obrázek 4: závislost U_{max}(t) na t pro R = 20Ω Obrázek 5: závislost U_{max}(t) na t pro R = 100Ω Obrázek 6: závislost U_{max}(t) na t pro R = 1000Ω Obrázek 7: závislost U_{max}(t) na t pro R = 1MΩ

6

3 Závěr

Bylo ukázáno, že U_{max} ∼ Δt^{−1}, viz graf na obrázku 3. Pro několik hodnot zatěžovacího odporu R bylo sldedováno tlumené kmitání pohubu magnetu.V

případe malého zatěžovacího odporu byl pozorován lineární pokles amplitudy kmitů, v opačném případě charakter poklesu byl exponenciální.