Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологическо. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике красноярск 2004
 Скачать 10.98 Mb.
|
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ЛИТЕРАТУРА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА И ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
ОБОРУДОВАНИЕ: Макет транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, макет транзисторного усилителя, звуковой генератор, электронный осциллограф. ЗНАЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ В настоящее время транзисторы широко используются в медицинских приборах и аппаратах. Они применяются для:
а) вырабатываемых в организме (при регистрации электрокардиограмм, электроэнцефалограмм, электромиограмм и др.) б) получаемых с помощью датчиков медико-биологической информации, в) возникающих в различных физиотерапевтических приборах;
Изучение работы транзистора позволяет определить принцип действия большого спектра медицинских приборов. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Транзистор – устройство с двумя электронно-дырочными переходами. (Свойства p-n перехода рассматриваются в лабораторной работе №11). Существуют p-n-p транзисторы и n-p-n транзисторы (рис. 1 а), б)). Средняя часть транзистора называется базой (Б), одна из крайних частей – эмиттером (Э), другая – коллектором (К). Между ними образуются два p-n перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой, и коллекторный - между базой и коллектором. Например, при изготовлении транзисторов структуры p-n-p на тонкую пластину германия с электронной проводимостью наплавляют кусочки индия. Для работы транзистора любого типа эмиттерный p-n переход должен быть включен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном, причем напряжение на эмиттерном переходе обычно в несколько десятков раз меньше, чем в коллекторном. Атомы индия диффундируют (проникают) в пластинку, образуя в ней две области p-типа – эмиттер и коллектор, а между ними образуется очень тонкая не более 20 мкм область базы (рис. 2). Р  ис. 1. Устройство и изображение транзисторов на схеме. Рис. 2. Устройство сплавного транзистора структуры p-n-p.  Кроме того, концентрация основных носителей заряда в эмиттере должна во много раз превышать концентрацию основных носителей в базе. Рассмотрим работу транзистора структуры p-n-p, включенного по схеме с общей точкой на эмиттере (рис. 3). Р  ис. 3. Схема включения транзистора с общим эмиттером. При таком включении источников напряжения через эмиттерный переход идет прямой ток IЭ , образованный движением дырок из эмиттера в базу I1 и встречным движением электронов базы I2: IЭ = I1+ I2 . (1) Однако, концентрация дырок в эмиттере во много раз больше концентрации электронов в базе, поэтому можно принять: IЭ = I1 . (2) Попадая в базу, дырки частично могут рекомбинировать с электронами базы, образуя ток базы IБ. Но концентрация электронов в базе невелика, поэтому основная часть дырок эмиттера проходит область базы и попадает в зону коллекторного перехода. Так как дырки являются в базе неосновными носителями заряда, то запирающее отрицательное напряжение, поданное на коллекторный переход, является для них ускоряющим. Дырки попадают в коллектор, увеличивая концентрацию основных носителей заряда коллектора, а, значит, и ток коллектора IК: IК = IЭ- IБ IЭ . (3) Отсюда видно, что при изменении эмиттерного тока сила коллекторного тока также изменяется. Характеристиками транзистора являются:
 Рис. 4. Входная А) и выходная Б) характеристики транзистора. По этим характеристикам находятся статические параметры транзистора:
RВХ=  (при UК = const), (4)где UБ – изменение напряжения на базе, IБ – соответствующее изменение тока базы;
RВЫХ=  (при IБ = const), (5)где UК – изменение напряжения на коллекторе, IК – соответствующее изменение коллекторного тока;
Р  ис. 5. Определение коэффициента усиления по току в разных участках выходных характеристик транзистора: (1=IК1/IБ при UК=UК1, 2=IК2/IБ при UК=UК2, 1<2). При включении напряжения по схеме с общим эмиттером входное напряжение подается между эмиттером и базой, а источник питания коллектора включается между эмиттером и коллектором. В этом случае входным током является малый ток базы, а выходным – ток коллектора. Поэтому при определении коэффициента усиления по току берут отношение изменений тока в коллекторной IК и базовой цепях IБ. Таким образом, по двум выходным характеристикам имеем (см. рис. 5): =  , (при UК=const), (6)где IК – изменение тока на коллекторе, IБ – изменение тока на базе. Усилителями электрических сигналов называют устройства, увеличивающие амплитуду этих сигналов за счет энергии постороннего источника. Одним из важных требований к этим приборам является усиление электрического сигнала без искажения его формы. Рассмотрим теперь схему усилительного каскада на транзисторе структуры p-n-p, включенного по схеме с общей точкой на эмиттере (рис. 6):  Рис. 6. Схема усилительного каскада с общим эмиттером. Входной сигнал поступает к эмиттерному переходу не непосредственно, а через конденсатор CБ. В этом случае передается только переменная составляющая, что обеспечивает усиление только изменяющегося сигнала, а также предупреждается замыкание базы на эмиттер через источник входного сигнала. Напряжение в цепи эмиттер-база складывается из переменной составляющей UВХ и постоянного рабочего напряжения, подаваемого на базу от источника питания через резистор RБ. Вследствие этого напряжение в цепи эмиттер-база принимает пульсирующий характер. Величина напряжения в цепи эмиттер-база определяет значение тока базы IБ. Последний изменяет величину сопротивления коллекторного перехода. В результате коллекторный ток IК повторяет по форме колебания тока базы IБ , но с большей амплитудой. Далее проходя через нагрузочное сопротивление RН, коллекторный ток создает на нем пульсирующее напряжение UН Разделительный конденсатор CР пропускает только переменную составляющую усиленного сигнала – выходное напряжение UВЫХ. Возможность усилителя увеличить поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления K. Он равен отношению приращения напряжения на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения на входе: K=  . (7)При усилении сигнала синусоидальной формы для оценки коэффициента усиления обычно используют амплитуды входного и выходного сигналов: K=  . (8)Если K имеет значение, недостаточное для получения на выходе сигнала нужного напряжения, то соединяют несколько усилительных каскадов (подавая на вход последующего каскада выходной сигнал предыдущего каскада). Коэффициент усиления такой схемы из N каскадов равен произведению коэффициентов усиления всех используемых каскадов: КОБЩ=  , (9)например, для трехкаскадной схемы получим КОБЩ= К1 К2 К3 . При регистрации биопотенциалов для диагностики заболеваний чрезвычайно важно, чтобы форма усиленного сигнала точно соответствовала форме сигнала, поданного на вход усилителя (усиление без искажений). Основными искажениями при работе усилителя являются амплитудные (нелинейные) и частотные (линейные) искажения. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных значений напряжений в пределах изменения входного сигнала. Связь между входными и выходными сигналами усилителя отражает амплитудная характеристика (рис. 7).  Рис. 7. Усиление гармонического сигнала без искажения (а) и с искажениями (б). Коэффициент усиления сохраняет постоянное значение при условии, что входной сигнал не выходит за пределы линейной части амплитудной характеристики усилителя (рис. 7 а)). Амплитудные искажения возникают, если колебания напряжения на выходе выходят за пределы прямолинейного участка амплитудной характеристики усилителя (рис. 7 б)). Исправить такие искажения можно, изменив постоянное напряжение на резисторе RБ (рис. 6), то есть, сместив UВХ на прямолинейный участок амплитудной характеристики. Однако использование линейного участка амплитудной характеристики еще не является гарантией неискаженного усиления входного сигнала. Кроме нелинейных амплитудных искажений в усилителе имеют место линейные или частотные искажения, связанные с частотной характеристикой усилителя – зависимостью коэффициента усиления К от частоты усиливаемых колебаний : К=f() . (10) Из рис. 8 видно, что в пределах частот 2 и 3 коэффициент усиления остается неизменным. Однако принято считать, что уменьшение коэффициента усиления до 0,7 КMAX (К=  ) практически не искажает сигнала.  Рис. 8. Частотная характеристика усилителя. Диапазон частот, в котором коэффициент усиления практически постоянен, называют полосой пропускания усилителя (от 1 и 4). Для частот, меньших 1 и больших 4 , коэффициент усиления снижается. Это называется “завалом” характеристики. Снижение коэффициента усиления объясняется тем, что параметры транзистора зависят от частоты. Кроме того, в усилителе имеются конденсаторы и катушки индуктивности, сопротивление которых зависит от частоты: XC=  , XL=L . (11)Если усиливаемое напряжение представляет собой сложное негармоническое колебание, то по теореме Фурье оно может быть разложено на сумму простых гармонических колебаний (гармоник). Таким образом, можно найти гармонический спектр частот сложного колебания. Если коэффициент усиления для всех гармоник одинаков, и гармонический спектр входит в полосу пропускания усилителя, то форма выходного напряжения не будет отличаться от формы входного напряжения. Если гармонический спектр сложного колебания выходит за полосу пропускания усилителя (рис. 9), то гармонические составляющие сложного колебания будут усилены неодинаково, и форма выходного напряжения будет отличаться от формы входного сигнала. Такие искажения называют линейными или частотными искажениями. Для предупреждения частотных искажений усилитель нужно использовать в пределах полосы пропускания. Поэтому, выбирая усилитель, необходимо сопоставить полосу пропускания усилителя с пределами гармонического спектра колебаний, подлежащих усилению. Не всегда усилитель, предназначенный для записи одних биопотенциалов, может быть использован для записи других.  Рис. 9. Гармонический спектр входного (а) и выходного (б) сигналов при линейных частотных искажениях (частоты 1 и 4 соответствуют полосе пропускания усилителя, см. также рис. 9). Чем шире полоса пропускания, тем универсальнее усилитель. Для расширения полосы пропускания приходится усложнять схемы усилителей. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Задание 1. Определить входные характеристики транзистора.
Таблица 1
Задание 2. Определить выходные характеристики транзистора.
Таблица 2
Задание 3. Определить коэффициент усиления транзисторного усилителя.
K=  , (12)где LВЫХ – отклонение луча осциллографа для выходного усиленного сигнала, LВХ – отклонение луча осциллографа для входного сигнала, подаваемого на усилитель. Задание 4. Снять частотную характеристику усилителя.
Таблица 3
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Укажите роль частотной характеристики при выборе приборов в медицинских и биологических исследованиях. Приведите пример.
ЛИТЕРАТУРА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ДАТЧИКОВ ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
ОБОРУДОВАНИЕ: измерительный мост постоянного тока, тензобалка, набор грузов, штангенциркуль, термопара, гальванометр, магазин сопротивлений, термометр, сосуд с маслом, электронагреватель, магнитная мешалка, фотооксигемометр, секундомер. ЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКОВ В МЕДИЦИНЕ В современной медицине большое внимание уделяется количественному определению показателей состояния организма человека и возможности их непрерывной регистрации (например, при контроле состояния больных в палатах интенсивной терапии). Преобразование физиологических параметров в электрические величины с помощью датчиков решает эти проблемы и в значительной степени облегчает задачи врача при лечении пациента. Теоретическая часть Датчиком называется устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования и регистрации. В рамках медицинской электроники рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют неэлектрическую величину в электрический сигнал. Устройства, работающие с электрическими сигналами, имеют ряд преимуществ:
Датчики характеризуются функцией преобразования F(x): зависимостью выходной величины Y от входной величины х: Y=F(x). Наиболее удобны датчики с прямо пропорциональной зависимостью Y от x: Y=kx. Величина Z=Y/x, показывающая изменение выходной величины при единичном изменении входной, называется чувствительностью датчика. Минимальное изменение входной величины, которое можно обнаружить датчиком, называется порогом чувствительности. Датчики подразделяются на два типа: генераторные и параметрические. Генераторными (активными) называются такие датчики, которые под воздействием входного сигнала генерируют электрическое напряжение или ток (например, пьезодатчики, фотоэлементы, термопары и др.). Параметрическими(пассивными) называют датчики, у которых под воздействием входного сигнала изменяется какой-либо параметр (например, электрические сопротивление, емкость, индуктивность). К таким датчикам относятся тензодатчики, термистор, фоторезистор, емкостные датчики и др. Рассмотрим работу некоторых типов датчиков. Тензодатчик применяют при оценке деформаций, возникающих в объекте под действием внешних сил. Наибольшее распространение получили тензодатчики сопротивления - тензорезисторы. В основе их действия лежит изменение электрического сопротивления при деформации. Электрическое сопротивление датчика Rопределяется по формуле:  , (1)где R –электрическое сопротивление датчика, – удельное сопротивление, L – длина проводника, S – поперечное сечение проводника. Например, при деформации растяжения проводника его длина L увеличивается, происходит также некоторое уменьшение поперечного сечения S. В этом случае изменение сопротивления R будет определяться уравнением  , (2)где K – коэффициент тензочувствительности (определяет чувствительность проводника к деформации), L – изменение длины проводника (абсолютная деформация). Если пренебречь изменением поперечного сечения проводника (обычно оно незначительно), то относительное изменение сопротивления проводника равно:  , (3)где – относительная деформация. Явление упругой деформации описывается законом Гука:  или  (4)где E – параметр, характеризующий способность тела к деформации растяжения или сжатия (модуль Юнга); F – величина внешней силы, действующей на тело; S – площадь поперечного сечения тела, перпендикулярная направлению действия силы; – механическое напряжение. С учетом уравнений (3) и (4) коэффициент тензочувствительности будет определяться по формуле  . Таким образом, входной величиной является деформация проводника, а выходной - изменение сопротивления датчика. Основной характеристикой датчика является коэффициент относительной тензочувствительности К. Значение коэффициента тензочувствительности зависит от материала: - для никелевой проволоки K=12,1; - для платины K=6,1; - для полупроводников K>100. Различают тензорезисторы проводниковые (проволочные, фольговые) и полупроводниковые. Проволочный тензорезистор представляет собой тонкую проволоку (диаметром до 20 - 30 мкм), зигзагообразно наклеенную на тонкую пленку, к концам которой присоединяются выводные проводники (рис. 1). Сверху датчик покрыт тонким изолирующим слоем лака. Рабочая часть фольгового резистора представляет тонкую ленту фольги, на которой путем травления создают рисунок расположения проводников требуемой конфигурации. Р ис. 1. Проволочный тензорезистор (стрелками показано направление деформаций, воспринимаемых датчиком). Полупроводниковые тензорезисторы обычно изготавливают из кремниевых и германиевых пластинок, обладающих высокой тензочувствительностью. Тензорезистор жестко фиксируют на исследуемом объекте (приклеивают, приваривают). При деформации объекта происходит и деформация датчика, изменяющая его электрическое сопротивление. Тензорезисторы относятся к параметрическим датчикам. Тензодатчик используется в медицине при регистрации пневмограммы, характеризующей изменение периметра грудной клетки, частоту дыхания, в измерениях силы, давления, вибраций в элементах опорно-двигательнонго аппарата, для прямого измерения внутрисосудистого давления, давления в полостях сердца и т.д. В стоматологии применяют тензодатчик для определения напряжений, возникающих при нагрузке в различных частях челюстно-лицевого отдела, при разработке зубных протезов. Термоэлектрические датчики могут быть:
Термометры сопротивления (терморезисторы, термисторы) – датчики, в основе действия которых лежит изменение электрического сопротивления при изменении температуры. При этом у металлов сопротивление с ростом температуры увеличивается, а у полупроводников уменьшается. В проводниковых термосопротивлениях металлическая проволока наматывается на основу – изолятор (фарфор, кварц, слюда) и покрывается защитной оболочкой. В качестве проводников используют (в зависимости от диапазона температур, в котором проводятся измерения) платину, медь, никель, железо. Например, платиновый термометр позволяет измерять температуру в интервале от 200 до 1100С. Большей чувствительностью, малой температурной инерционностью, относительно меньшими размерами обладают полупроводниковые термосопротивления – термисторы. Конструкционно термистор представляет собой небольшой (порядка долей миллиметра) полупроводниковый шарик, в который введены два электрода из тонкой проволоки, подключаемые к измерительному прибору. Весь термистор заключен в тонкий пластмассовый корпус (рис. 2).  Рис. 2. Схема термисторного датчика (А контактные металлические проводники, Б полупроводник). Действие термистора основано на зависимости электропроводности полупроводника от температуры: при увеличении температуры полупроводника его сопротивление уменьшается (увеличивается число свободных носителей зарядов). Входной величиной такого датчика является изменение температуры Т, а выходной – изменение сопротивления датчика R. Коэффициент чувствительности термистора определяется уравнением:  .Для измерения электрического сопротивления часто используют мост Уитстона (рис. 3), содержащий эталонные сопротивления R1и R2, калибровочное переменное сопротивление R3 (магазин сопротивлений) и гальванометр G. Подключив датчик Rd и источник питания Е, с помощью R3 устанавливают гальванометр на "0". В результате выполняется условие:  ,где U(R1) - падение напряжения на R1; U(R2) - падение напряжения на R2; U(R3) - падение напряжения на R3; U(Rd) - падение напряжения на Rd. С учетом закона Ома для участка цепи справедливо уравнение:  , откуда  . Рис. 3. Схема моста Уитстона. Термоэлементы (генераторные датчики) могут изготавливаться как из металлов, так и из полупроводников. В основе действия металлических термоэлементов лежит различие концентраций электронов в металлах. При контакте (сварке, спайке) двух разнородных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов U  ,где А1 и А2– работа выхода электрона из металлов; е– величина заряда электрона; k – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура; n1 и n2 – концентрация свободных электронов в металлах. При нагревании места соединения металлов разность потенциалов между проводниками будет повышаться. Величина такой термо-ЭДС является постоянной для данной пары металлов и конкретной разности температур. Металлические термоэлементы – термопары обладают невысокой чувствительностью и обычно используются при измерении высоких температур (до 1500С). Применяют медно-константановые, никель-нихромовые и другие термопары. В полупроводниковых термоэлементах используют явления увеличения концентрации основных носителей зарядов в нагретом участке и их перемещение к холодному концу, в результате чего возникает разность потенциалов между нагретым и холодным концами полупроводника. При сборке термопары из полупроводников p - и n-типа термо-ЭДС системы в случае нагревания места контакта будет суммироваться. Входной величиной термоэлемента является изменение температуры T, выходной изменение разности потенциалов U. Коэффициент чувствительности K равен  .Термо-ЭДС у полупроводниковых термоэлементов примерно в 100 раз больше, чем у металлических термопар (около 0,1В при Т=100K). КПД также выше: 8% против 0,1%. Термисторы широко применяются в медицинской практике, являясь основной частью электротермометра. Основными его достоинствами является малая тепловая инерция и высокая чувствительность при малом объеме рабочего тела. Это позволяет производить измерения быстро и в любых местах поверхности тела, а также в глубине тканей. В этом случае термистор помещают в инъекционную иглу, которая вкалывается в глубину ткани. Электротермометры используются также для непрерывного измерения температуры тела при хирургических операциях, проводимых в условиях гипотермии. В основе действия фотодатчиков лежит явление взаимодействия света с веществом - фотоэффект. По принципу действия различают: внешний фотоэффект (эмиссия, испускание электронов из вещества), внутренний фотоэффект (изменение концентрации свободных носителей зарядов в веществе). В свою очередь фотодатчики подразделяют на:
В  последние годы широкое распространение получили полупроводниковые фотодатчики. В них используется явление внутреннего фотоэффекта - образование в полупроводниках p - или n-типа дополнительных носителей зарядов (дырок и электронов) при поглощении электромагнитного излучения. Появление дополнительных носителей зарядов приводит к уменьшению сопротивления. На этом основано действие пассивных датчиков - фоторезисторов (рис. 4а). Рис. 4. Схемы включения пассивного (а) и активного (б) фотодатчиков (1 полупроводник, 2 контактные электроды). Входной величиной такого датчика является световой поток Ф, а выходной – величина сопротивления R. Коэффициент чувствительности фоторезистора:  В активных фотодатчиках фотоэлементах (рис. 4б) заряды обоих знаков, освободившиеся в полупроводниках под действием света, благодаря запирающему слою, разделяются и образуют фото-ЭДС (порядка 0,1-0,15В). Входной величиной фотодатчика является световой поток (Ф), падающий на фотоэлемент, а выходной - разность потенциалов или ЭДС (  ).Коэффициент чувствительности фотоэлемента определяют по формуле  .Фотоэлементы основной элемент люксметра, который применяют в гигиенических исследованиях для контроля освещенности рабочих мест на производстве, в учреждениях, в учебных заведениях и т.д. Фотодатчики используют в специальных приборах - оксигемометрах для оценки концентрации оксигемоглобина в крови человека. При этом можно выполнять измерения и без взятия проб крови: определяют поглощение света непосредственно в ткани (например, в ушной раковине). Данный метод позволяет получить информацию о состоянии пациента в динамике при минимальном воздействии на человека. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Задание 1. Определить коэффициент чувствительности тензодатчика. 1. Ознакомьтесь с собранной схемой моста Уитстона, одним плечом которого является тензобалка (Б) с приклеенным к ней тензодатчиком Т (рис. 5), а другим - магазин сопротивлений.  Рис. 5. Схема экспериментальной установки с тензодатчиком (Т - тензодатчик, Б - тензобалка). 2. Измерьте ширину b, толщину h тензобалки, расстояние L от места крепления тензобалки до тензодатчика Т (рис.5). Результаты занесите в таблицу 1. 3. При помощи магазина сопротивлений уравновесьте мост Уитстона и определите сопротивление R0 недеформированного датчика. 4. Нагрузите тензобалку весом Р (по указанию преподавателя). При помощи магазина сопротивлений уравновесьте мост Уитстона и определите сопротивление Rдеф. деформированного датчика. Измерения повторите для нескольких значений Р, данные занесите в таблицу 1. 5. Вычислите коэффициент тензочувствительности по формуле:  ,где К - коэффициент тензочувствительности; R0 - сопротивление датчика без нагрузки; R - изменение сопротивления датчика при его деформации; b - ширина тензобалки; h - толщина тензобалки; L- расстояние от места крепления тензобалки до датчика; Р- веc груза, деформирующего тензобалку; Е- модуль Юнга (11011 Н/м2). Таблица 1
6. Постройте график зависимости изменения сопротивления тензорезистора от нагрузки: R=f(P). Сделайте вывод по результатам работы. Задание 2. Градуировка термопары и определение термоэлектродвижущей силы. В замкнутой цепи, состоящей из двух различных металлов, взятых при разных температурах, возникает термоэлектродвижущая сила (явление Зеебека), равная  , (5)где Т1 и Т0 - температуры спаев металлов, с - удельная термо-ЭДС, равная термоэлектродвижущей силе, возникающей при разности температур контактов в 1К. Градуировка термопары - это процесс установления соответствия между разностью температур спаев (Т1-Т0) и показаниями гальванометра. Градуировка термопары может быть произведена при помощи следующей схемы (см. рис. 6). Для поддержания постоянной температуры холодный спай а погружен в сосуд с маслом. Сосуд снабжен термометром. Горячий спай b также помещается в сосуд с маслом. Этот сосуд имеет электронагреватель и снабжен термометром Т и мешалкой М. Приступая к градуировке термопары, если необходимо, включите в цепь гальванометра сопротивление (по указанию преподавателя) для предупреждения "зашкаливания".  Рис. 6. Схема для градуировки термопары. (G -гальванометр, R - магазин сопротивлений). Отметьте по термометрам начальную температуру обоих спаев (T0). При равенстве температур спаев установите стрелку гальванометра на нуль. Включите электронагреватель и мешалку. Через каждые 5С регистрируйте показания гальванометра (ni). Данные занесите в таблицу. Нагревание проводить до 75С. Постройте график зависимости показаний гальванометра от разности температур между спаями термопары. Таблица 2
Величина термо–ЭДС определяется следующим образом. Обозначим через R0 неизвестное сопротивление цепи, состоящей из термопары, гальванометра и соединительных проводов, через k - цену деления гальванометра, и через n1 - показания гальванометра, соответствующее какой-нибудь определенной разности температур. Тогда термо–ЭДС, возникающая в термопаре будет равна:  (6)Если при этой же температуре ввести в цепь термопары последовательно с гальванометром известное добавочное сопротивление, то показание гальванометра изменится, станет n2. Тогда термоЭДС равна:  (7)Исключая из равенств (6) и (7) неизвестное сопротивление R0, получим:  Из формулы  , следовательно,  (8)1.Выключив нагреватель и подождав несколько минут, пока температура масла в сосуде не перестанет повышаться, отмечают показания n1 гальванометра и регистрируют температуру Т1 нагретого спая. 2.Включают в цепь сопротивление R и отмечают новое показание гальванометра n2. Показания гальванометра должно быть снято строго при той же температуре Т2, что и показания n1. 3.Определяют по термометру температуру второго спая Т0. 4.Вычисляют по формуле (8) термоэлектродвижущую силу. Опыт повторите не менее трех раз при различных сопротивлениях. Результаты опыта занесите в таблицу. Таблица 3
|