Fyzikální praktikum 2
Mgr. Filip Münz, PhD.
Fyzikální praktikum 2
Info
Období
podzim 2012
Kapitola obsahuje:
1
Obrázek
1
Studijní text
3
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Odpovědník
1
Studijní text
1
Web
Kapitola obsahuje:
1
Další soubory
1
Studijní text
1
Web

Obecné texty

Od tohoto semestru jsme zařadili do každé úlohy kromě povinné části i část volitelnou, kde si můžete vybrat ze 2 variant A a B (občas je jedna z nich rozšířením povinné úlohy). Ve zpracovaném protokolu zřetelně vyznačte, kterou variantu jste zvolili.

Zahlavi

 

Zde si můžete stáhnout záhlaví pro psaní protokolů z praktik, verze pro různé oblíbené textové procesory (používejte pouze legální software!).
Balíček obsahuje záhlaví ve všech těchto formátech: LaTeX, OpenDocument, DOC

Velmi pěkně zpracovaná prezentace ke zpracování měření (podle aktuálních směrnic a instrukcí z Českého metrologického ústavu) jako podpora k základním praktikům je v pracovní verzi dostupná zde:

http://dexter.physics.muni.cz/static/praxis/fp1/prezentace_statistika.pdf (Z. Navrátil, J. Jurmanová)

Ke zpracování měření můžete použít mj. program QtiPlot (http://soft.proindependent.com/qtiplot.html, mírně připomínající komerční Origin), který je k dispozici na 2 PC (pod Linuxem) v prostorách praktika a můžete si jej stáhnout (ve verzi pro Windows) zde: https://is.muni.cz/auth/el/1431/jaro2011/F2180/um/25320694/QtiPlot.zip .

 

Studium elektromagnetické indukce

• Změřte závislost amplitudy a šířky napěťového pulsu indukovaného v cívce na úhlové amplitudě kmitů. Určete poloměr cívky a magnetický moment magnetu.

Varianty:
A) Pro několik hodnot zatěžovacího odporu sledujte tlumení kmitavého pohybu magnetu a určete časovou závislost amplitudy kmitů.
B) Sestavte obvod galvanoměru. Určete konstantu útlumu pro pět hodnot odporu R0. Stanovte kritický odpor.
 

Parametry aparatury

délka závěsu kyvadla    L=1.70 m

počet závitů cívky        N=1000

odpor cívky                Rc=40 Ω

Nelineární prvky

• Změřte výstupní charakteristiky unipolárního tranzistoru pro pět hodnot napětí na hradle a převodní charakteristiku pro jednu hodnotu napětí na drain.
• V zadaném pracovním bodě určete strmost, vnitřní odpor a zesilovací činitel tranzistoru a ověřte platnost Barkhausenovy rovnice.
 
Varianty:
A) Tranzistor jako zesilovač napětí: Napěťové zesílení změřte na zesilovači. Pro zadaný zatěžovací odpor, napětí zdroje a pracovní bod určete dynamickou strmost a napěťové zesílení a porovnejte s naměřeným.
B) Výkonová regulace tyristorem: Změřte závislost výkonu na době otevření tyristoru. Porovnejte s teoretickou závislostí.
 

Parametry zapojeného obvodu s tyristorem (volitelná varianta B):

  • zátěžový rezistor 47 Ohm
  • zkušební frekvence 50 Hz

Můstkové metody. Elektrostatické pole

 • Wheatstoneovým mostem změřte hodnoty odporů dvou rezistorů, jejich seriového a paralelního zapojení a ověřte platnost vztahů pro sériové a paralelní zapojení odporů.

Varianty:
A) Rozložení potenciálu v okolí dvouvodičového vedení: Určete rozložení ekvipotenciálních čar v okolí dvouvodičového vedení tvořeném rovnoběžnými válcovými vodiči. Ověřte výpočtem experimentálně zjištěné rozložení ekvipotenciálních čar elektrostatického pole v okolí dvouvodičového vedení.
B) Rozložení potenciálu v elektrostatické čočce: Určete rozložení ekvipotenciálních čar v elektrostatické čočce. Nakreslete průběh dráhy elektronu v elektrostatické čočce.
 

Pohyblivost částic

• Určete odporovou kapacitu elektrolytické cely pomocí nasyceného roztoku sádrovce o známé měrné vodivosti v teplotním intervalu 15 až 21oC. Měřte na vámi sestaveném kapacitním mostě.
• Změřte teplotní závislost elektrické vodivosti 0,02n roztoku KCl v rozmezí teplot 15 až 70 oC. Měření odporu provádějte laboratorním RLCG mostem.
• Za předpokladu stejné pohyblivosti obou iontů vypočítejte a nakreslete do grafu teplotní závislosti vodivosti a pohyblivosti. Porovnejte s tabelovanými hodnotami.
 
Varianty:
A) Zaznamenejte pohyb několika částic Brownovým pohybem. Ověřte platnost Einsteinova zákona a určete velikost poloměru částice.
B) Změřte teplotní závislost odporu kovu. Vypočtěte teplotní závislost pohyblivosti elektronů.

Tabulkové hodnoty

tepl. 18oC

pohyblivost iontu K+ je 6.62 *10-8 m2 V-1 s-1
pohyblivost iontu Cl- je 6.84 *10-8 m2 V-1 s-1
 

Magnetické pole

• Změřte Hz Gaussovou metodou pomocí magnetometru pro tři vzdálenosti pomocného magnetu od buzoly.

 
Varianty:
A) Změřte hysterezní smyčku toroidního jádra transformátoru a jeho rozměry. Určete remanentní magnetizaci, saturační magnetizaci a koercitivní pole.
B) Změřte Hz tangentovou buzolou (nejméně pro 10 hodnot proudu). Obě naměřené hodnoty porovnejte s tabelovanou hodnotou.
 

Relaxační kmity

• Změřte spínací napětí diaku. Pro různé hodnoty součinu RC změřte závislost frekvence elektrických kmitů diaku na napětí zdroje. Vypočítejte závislost frekvence relaxačních kmitů na napětí pro stejné hodnoty RC, znázorněte ji graficky a porovnejte s naměřenými hodnotami.

Varianty:
A) Změřte závislost frekvence relaxačních kmitů pomocí Lissajousových obrazců.
B) Změřte spínací a zhášecí napětí doutnavky. Pro různé hodnoty součinu RC změřte závislost frekvence elektrických kmitů doutnavky na napětí zdroje. Vypočítejte závislost frekvence relaxačních kmitů na napětí pro stejné hodnoty RC, znázorněte ji graficky a porovnejte s naměřenými hodnotami.

Odraz a lom světla

• Změřte ohniskovou vzdálenost spojky přímou metodou a Besselovou metodou.
• Určete ohniskovou vzdálenost spojky ze zvětšení.
• Určete ohniskovou vzdálenost rozptylky přímou metodou.

Varianty:
A) Změřte poloměry křivosti lámavých ploch obou čoček a určete index lomu skla.
B) Změřte ohniskovou vzdálenost tlusté spojky.

Měření parametrů zobrazovacích soustav

• Změřte ohniskovou vzdálenost spojky přímou metodou a Besselovou metodou.
• Určete ohniskovou vzdálenost spojky ze zvětšení.
• Určete ohniskovou vzdálenost rozptylky přímou metodou.

Varianty:
A) Změřte poloměry křivosti lámavých ploch obou čoček a určete index lomu skla.
B) Změřte ohniskovou vzdálenost tlusté spojky.

Závislost indexu lomu na vlnové délce světla. Refraktometr

• Proveďte justaci hranolu a změřte jeho lámavý úhel.
• Metodou minimální deviace změřte index lomu skla nejméně pro čtyři spektrální čáry rtuti.
• Určete materiálové konstanty v Cauchyově vztahu a nakreslete disperzní křivku hranolu.

Varianty:
A) Abbého refraktometrem určete index lomu jedné kapaliny.
B) Dvojhranolovým refraktometrem určete index lomu dvou kapalin a skla v monochromatickém a bílém světle.

Polarizace světla

• Připravte tři roztoky sacharózy s různou koncentrací do 20%. Změřte sacharimetrem koncentraci sacharózy těchto roztoků.
• Změřte polarimetrem úhel stočení roviny polarizace sodíkového světla u připravených roztoků. Vypočítejte specifickou stáčivost sacharózy a porovnejte ji s tabulkovou hodnotou.

Varianty:
A)  Malusův zákon, měření polarizační schopnosti reálných polaroidů: Změřte závislost intenzity světla prošlého přes dva polarizátory na jejich vzájemném úhlu stočení. Porovnejte naměřenou závislost s Malusovým zákonem. Určete stupeň polarizace polaroidu.
B)  Měření optické stáčivosti levotočivé látky (fruktóza): Připravte dva roztoky fruktózy s různou koncentrací do 10%. Změřte polarimetrem úhel stočení roviny polarizace sodíkového světla u připravených roztoků a určete specifickou stáčivost fruktózy.

Interference, difrakce

• V zorném poli interferenčního mikroskopu nastavte 5 – 10 interferenčních proužků.
• Proměřte interferenční obrazec při různém počtu proužků v zorném poli.
• Určete tloušťku vrstvy na různých částech vzorku nebo u několika vzorků.

Varianty:
A) Změřte poloměr několika difrakčních kroužků na Newtonových sklech. Z poloměru křivosti
určete vlnovou délku difraktujícího světla.
B) Změřte úhlovou polohu několika difrakčních řádů při difrakci na mřížce. Určete hustotu čar.

Spektroskopické metody

• Změřte v zadaném spektrálním rozsahu propustnost skla BK7. Vypočtěte spektrální závislost indexu lomu a vyneste do grafu.

Varianty:
A) Změřte spektrální závislost propustnosti tenké vrstvy. Určete index lomu vrstvy a tloušťku vrstvy.
B) Změřte spektrální závislost propustnosti řady destiček téhož materiálu různé tloušťky. Ověřte alespoň v pěti vlnových délkách, zda platí Lambertův zákon a stanovte absorpční koeficient.

Obsluha spektrometru Avantes

Zapneme zdroj do zásuvky a přepneme pravým ze dvou páčkových přepínačů vpředu nejprve do polohy OFF. Levý přepínač by měl být v pravé poloze (H), kdy je zapnuta jen halogenová lampa.

Spustíme program ikonou Avaspec na ploše. Začneme inicializací přístroje (tlač. Inicializace), po které se aktivuje sousední tlačítko Změř. Pokud provedeme měření (tímto tlačítkem), získáme spektrum "parazitního" světla, které je třeba odečíst. K tomu slouží tlačítko vpravo dole (Temný snímek). Opětovné měření by již mělo dát jen šum s průměrnou hodnotou 0.

Poté zapneme zdroj (pravý přepínač do polohy ON) a provedeme kalibraci: vzorkový prostor necháme prázdný a stiskneme tlač. Kalibrace. Naměřená intenzita signálu se objeví v dolním grafu, v horním je pak ukazována relativní propustnost (nebo odrazivost) vůči referenčnímu měření. Každé jedno měření provedeme opět tlačítkem Změř. Data se ukládají pomocí tlač. Ulož, pokud chceme nechat poslední měření zobrazeno v grafu pro srovnání, zaškrtneme políčko uchovat

Data jsou uložena v text. formátu, nejprve v prvním sloupci vln. délka (či energie), poté ve druhém sloupci naměřené relativní hodnoty.


Při měření s delšími expozicemi nebo vetším počtem průměrování dochází občas k chybě v komunikaci se spektrometrem.
Obvykle pomůže restart programu, pokud ne, je třeba odpojit spektrometr (krabička s červenými proužky) od USB a po cca 20 s jej znovu připojit.

Chyba: Odkazovaný objekt neexistuje nebo nemáte právo jej číst.
https://is.muni.cz/el/1431/podzim2012/F3240/odp/tb/FP2_12.qdesc