Sprawdzenie prawa Faradaya

10.X.2010
ĆWICZENIE NR 67
SPRAWDZANIE PRAWA FARADAYA
I.
1.
a)
b)
c)
2.
3.
4.
Wykaz przyrządów:
Trzy zestawy cewek:
Zestaw trzynastu jednakowych cewek nawiniętych na długiej rurce do badania zależności siły
elektromotorycznej od prędkości magnesu względem cewki, E = f(v).
Zestaw czterech cewek nawiniętych w jednakowej odległości od wylotu rurek, ale o różnej ilości
zwojów (n = 15, 30, 45, i 60) do badania zależności siły elektromotorycznej od ilości zwojów cewki,
E = f(n).
Zestaw czterech cewek po 45 zwojów, ale o różnej długości do badania wpływu efektów
geometrycznych na siłę elektromotoryczną indukcji.
Komputer z przedłużaczem oraz oprogramowaniem „Farad”
Przymiar zwijany do pomiaru położenia cewek.
Zestaw magnesów z kubełkiem do ich wyłapywania oraz szczypce.
II.
Cel ćwiczenia:
Doświadczalne sprawdzenie prawa indukcji Faradaya oraz badanie ruchu ciał w ziemskim polu
grawitacyjnym.
III. Przebieg pomiarów:
Pomiar przy użyciu cewki długiej:
1.1. Podłączyć zestaw do kabla (przedłużacza).
1.2. Włączyć komputer i uruchomić program „Farad” (kliknąć na jego ikonę na pulpicie) –
na ekranie pojawi się okno obrazujące dane przebiegi i pozwalające na pomiar czasu
i wysokości badanego impulsu.
1.3. Zmierzyć kolejno odległości „z” środków wszystkich cewek od wlotu rurki.
1.4. Wybrać magnes, chwycić go szczypcami tak, aby połowa jego długości wystawała
poza szczypce. Włożyć magnes do rurki opierając o nią szczypce.
1.5. Skontrolować działanie układu upuszczając magnes (poprzez naciśnięcie szczypców)
wraz z jednoczesnym uruchomieniem programu (kliknięcie myszką na przycisk start,
lub naciśnięcie klawisza SPACJA lub ENTER).
1.6. Wykonać serię pomiarów zależności siły elektromotorycznej od czasu spadku
swobodnego magnesu w cewce, E = f(t) (co najmniej kilkanaście).
2.
Pomiar z cewkami o różnych ilościach zwojów.
2.1. Podłączyć zestaw cewek o różnej ilości zwojów.
2.2. Przy użyciu tego samego magnesu zmierzyć zależność siły elektromotorycznej
od ilości zwojów w cewce, E = f(n). Pomiar odbywa się analogicznie jak w punkcie 1.
Pomiar powtórzyć kilkakrotnie.
3.
Pomiar z cewkami o różnej geometrii.
3.1. Podłączyć odpowiedni zestaw cewek.
3.2. Wykonać po kilka pomiarów dla każdej cewki. Obserwować badane przebiegi,
po stwierdzeniu ich powtarzalności zapisać na dysk, każdy pod jednoznaczną nazwą
(służy do tego przycisk „WYNIKI”, opcja ZACHOWAJ w lewym górnym rogu
programu.)
1.
IV
1.
Opracowanie wyników:
Wyliczyć prędkości odpowiadające czasom pojawienia się maksimów SEM ( v  2gz ,
z- odległość środka cewki od wlotu rurki), następnie przedstawić na wykresie zależność siły
elektromotorycznej od tej prędkości, E = f(v). Policzyć współczynniki prostej regresji
oraz ich niepewności pomiarowe.
1
2.
3.
Przedstawić na wykresie zależność siły elektromotorycznej od ilości zwojów w cewce,
E = f(n). Policzyć współczynniki prostej regresji oraz ich niepewności pomiarowe.
Wyznaczyć odległość wzajemną biegunów umownych magnesu korzystając z zależności:
d  t g  t d  2gz
g – przyspieszenie ziemskie
z – odległość cewki od wlotu rurki
tg – czas pojawienia się maksimum SEM (czas przejścia górnego bieguna magnesu)
td – czas pojawienia się minimum SEM (czas przejścia dolnego bieguna magnesu)
gdzie:
4.
Wyznaczyć niepewność pomiarową.
Wyznaczyć przyspieszenie ziemskie korzystając z zależności:
v2
g
2z  l / 2
gdzie: l – długość rzeczywista magnesu
5.
Wyznaczyć niepewność pomiarową.
Opisać, jakie czynniki mogą mieć wpływ na dokładność otrzymanych wartości.
V.
Tabele pomiarowe:
Numer cewki
z [m]
v[m/s]
z [m]
v[m/s]
1
2
...
13
Numer cewki
E1
E2
…
En
…
En
E średnie
 E średnie
1
2
…
13
Liczba zwojów
E1
E2
E średnie
 E średnie
15
30
45
60
V.
Opis programu.
Program Farad umożliwia rejestrację przebiegów czasowych napięcia podanego na wejście
mikrofonowe karty dźwiękowej komputera. Program rejestruje 132300 punktów pomiarowych.
Na górze okna znajduje się belka rozwijalnego menu zawierająca dwa przyciski:
- Przycisk WYNIKI daje dostęp do opcji ZACHOWAJ pozwalającej na zapis przebiegu na dysku
pod podaną przez ćwiczącego nazwą i w wybranym katalogu (zalecany katalog STUDENCI);
- Przycisk POMIAR daje dostęp do przycisków: START, który uruchamia pomiar natychmiastowo
oraz do przycisku START OPÓŹNIONY, który umożliwia pomiar z opóźnieniem równym czasowi
pomiaru jednego przebiegu. Czas ten ustawia się suwakiem CZAS POMIARU znajdującym się na
dole okna obok przycisku START (uruchamiającego start natychmiastowy). Na dole okna znajdują
się okienka wyświetlające czasy wskazywane przez dwa wskaźniki – żółty i zielony, różnicę tych
czasów oraz dokładność pomiaru czasu. Na niebieskim wskaźniku znajdującym się na dole okna
wyświetlany jest za pierwszym razem po starcie natychmiastowym czas, jaki upłynął od startu, przy
czym cała długość wskaźnika odpowiada nastawionemu czasowi pomiaru, Drugi przebieg
wskaźnika pokazuje stopień zaawansowania przetwarzania wyników w celu wyświetlenia wykresu.
W przypadku startu opóźnionego wskaźnik wykonuje trzy przebiegi, przy czym pierwszy przebieg
pokazuje czas, jaki pozostał do startu pomiaru, który następuje, gdy wskaźnik pokaże prawy koniec
swojej belki. Nie można osobno regulować tego opóźnienia, ale ten sposób, startu jest pomocny dla
osób ze złą koordynacją ruchu rąk. Dokładność pomiaru czasu zależy od szerokości okna programu
– im szersze okno tym większa dokładność.
2