Thực hành vật lý đại cương - Tập 2 Tác giả: Đỗ Quốc Hùng (chủ biên), Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, 2006

8/12/2019 Thực hành vật lý đại cương - Tập 2 Tác giả: Đỗ Quốc Hùng (chủ biên), Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, 2006

http://slidepdf.com/reader/full/thuc-hanh-vat-ly-dai-cuong-tap-2-tac-gia-do-quoc-hung 1/233

http://www.ebook.edu.vn

häc viÖn kü thuËt qu©n sùBé m«n VËt lý– khoa ho¸ lý kü thuËt

§ç Quèc Hïng (Chñ biªn)

§ç ThÕ NhuËn - §µo ThÞ ThÞnh§Æng H¶i Ninh – Lª thu HuyÒn

Thùc hµnh VËt lý ®¹i c− ¬ngTËp 2

(Gi¸o tr×nh dïng cho hÖ ®¹i häc vµ cao ®¼ng)

hµ néi 2006

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM



http://www.ebook.edu.vn2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM



http://www.ebook.edu.vn 5

Lêi nãi ®Çu

VËt lý tr− íc hÕt lµ mét khoa häc thùc nghiÖm. V× vËy, çc thÝ nghiÖm thùchµnh cã ý nghÜa rÊt quan träng ®èi víi viÖc häc tËp m«n vËt lý ®¹i c − ¬ng. ThÝnghiÖm vËt lý mét mÆt gióp häc viªn nghiÖm l¹i nh÷ng ®Þnh luËt ®· ®− îc tr×nh

bµy trong çc bµi gi¶ng lý thuyÕt, mÆt kh¸c gióp rÌn luyÖn nh÷ng kü n¨ng thùcnghiÖm vµ tÝnh to¸n ®Ó phôc vô cho nh÷ng m«n häc tiÕp sau.§Ó n©ng cao n¨ng lùc thùc hµnh cña häc viªn, trong nh÷ng n¨m qua, Bé

m«n VËt lý ®· liªn tôc n©ng cÊp, c¶i tiÕn vµ trang bÞ míi çc bµi thÝ nghiÖm.Nh÷ng tµi liÖu thÝ nghiÖm ®· xuÊt b¶n tr− íc ®©y v× thÕ kh«ng cßn phï hîp n÷a.Chóng t«i biªn so¹n bé s¸ch nµy ®Ó ®¸p øng nhu cÇu vÒ tµi liÖu h− íng dÉn thùchµnh vËt lý ®¹i c− ¬ng cña sinh viªn çc hÖ qu©n sù vµ d©n sù trong häc viÖn. Gi¸otr×nh nµy ®− îc biªn so¹n phï hîp víi ch− ¬ng tr×nh m«n häc vËt lý ®¹i c− ¬ng dµnhcho çc tr− êng ®¹i häc vµ cao ®¼ng kü thuËt. Gi¸o tr×nh chia lµm hai tËp: tËp 1gåm çc bµi thÝ nghiÖm vÒ c¬, nhiÖt; tËp 2 gåm çc bµi thÝ nghiÖm vÒ ®iÖn, tõ,

quang, chÊt r¾n vµ vËt lý h¹t nh©n. Cuèi mçi tËp cã phÇn phô lôc ®Ó häc viªn -sinh viªn tiÖn tham kh¶o, tra cøu.

Trong lÇn xuÊt b¶n nµy chóng t«i cã bæ sung bµi thÝ nghiÖm vÒ sai sè phÐp®o vËt lý xÐt theo quan ®iÓm x¸c suÊt thèng kª (Phô lôc 2). Bµi thÝ nghiÖm nµy lµb¾t buéc ®èi víi çc häc viªn cña çc líp liªn kÕt ®µo t¹o víi Liªn bang Nga. Nãimét çch chÆt chÏ, sai sè cña phÐp ®o ph¶i ®− îc xem xÐt theo quan ®iÓm lý thuyÕtx¸c suÊt thèng kª. Song do møc ®é chuÈn bÞ vÒ to¸n häc cña sinh viªn trong nh÷ngn¨m ®Çu cßn h¹n chÕ, nªn th«ng th− êng çc tµi liÖu h− íng dÉn thùc hµnh vËt lý ®¹ic− ¬ng cña ta chØ giíi h¹n xem xÐt sai sè lín nhÊt, bao gåm sai sè tuyÖt ®èi vµ sai

sè t − ¬ng ®èi lín nhÊt , nh− tr×nh bµy ë trong phÇn cßn l¹i cña gi¸o tr×nh. Ph− ¬ngph¸p tÝnh sai sè nµy th− êng ®− îc ¸p dông ®Ó − íc tÝnh sai sè tr− íc khi ®o, gäi lµ sai

sè ph− ¬ng ph¸p. Ngoµi ra, çch tÝnh sai sè nµy còng th− êng ®− îc ¸p dông khi sèlÇn ®o qu¸ Ýt. Çc sinh viªn kh«ng thuéc çc líp liªn kÕt ®µo t¹o víi Liªn bangNga cã thÓ tham kh¶o bµi viÕt vÒ sai sè phÐp ®o theo quan ®iÓm lý thuyÕt x¸c suÊtthèng kª ®Ó hiÓu s©u s¾c h¬n vÒ sai sè vµ çch tÝnh sai sè cña mét phÐp ®o vËt lý.

Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n vµ thö nghiÖm sö dông gi¸o tr×nh nµy, chóng t«i®· ®− îc sù gãp ý cña çc ®ång chÝ gi¸o viªn bé m«n vËt lý vµ c¶ cña çc em sinhviªn ®· tham gia thÝ nghiÖm. Nhãm biªn so¹n xin ch©n thµnh c¶m ¬n nh÷ng ýkiÕn gãp ý ®· gióp hoµn thiÖn gi¸o tr×nh. §Æc biÖt, chóng t«i xin çm ¬n çc®ång chÝ NguyÔn ThÞ Phó, Ph¹m V¨n Th×n, Vò Anh Hïng vµ TrÇn Quang §¹t ®·nhiÖt t×nh gióp ®ì chóng t«i hoµn thµnh chÕ b¶n cña gi¸o tr×nh.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




MÆc dï tËp thÓ t¸c gi¶ ®· cè g¾ng trong qu¸ tr×nh biªn so¹n vµ chØnh söanéi dung, song gi¸o tr×nh nµy ch¾c ch¾n kh«ng thÓ tr¸nh ®− îc sai sãt, rÊt mong®− îc sù gãp ý cña çc ®ång nghiÖp vµ çc häc viªn, sinh viªn ®Ó hoµn thiÖn gi¸otr×nh trong nh÷ng lÇn t¸i b¶n sau. Çc ý kiÕn gãp ý xin göi vÒ: Bé m«n VËt lý,Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù, sè 100 §− êng Hoµng Quèc ViÖt, CÇu GiÊy, Hµ Néi,

Thay mÆt nhãm biªn so¹nTS. §ç Quèc Hïng

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 1: X¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electronb»ng ph− ¬ng ph¸p manhetron

1. Môc ®Ých yªu cÇu

1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ngkiÕn thøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron b»ngph− ¬ng ph¸p manhetron.1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm dïng ®Ó x¸c

®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron b»ng ph− ¬ng ph¸p manhetron.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh»m x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron b»ng

ph− ¬ng ph¸p manhetron.4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.

2. C¬ së lý thuyÕt

§iÖn tÝch riªng cña electron lµ tû sè gi÷a ®iÖn tÝch e vµ khèi l− îng m cñaelectron. Ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®¹i l− îng nµy nhê thiÕt bÞ thÝ nghiÖm bè trÝ theo s¬®å m¹ch ®iÖn nh− h×nh 1 gåm phÇn chÝnh lµ mét ®Ìn manhetron M ®Æt ë bªntrong mét èng d©y dÉn D.

§Ìn manhetron M lµ mét bãng thuû tinh, bªn trong lµ ch©n kh«ng rÊt cao(10-7 - 10-8 mmHg) vµ cã ba ®iÖn cùc: kat«t K vµ an«t A lµ hai èng trô kim lo¹i,

+

U1-

A1

Bãng ®Ìn M

A2- +

A

èng d©y DU2

V

K

G

U3

+

-

H×nh 1

An«t

B = B1

L− íi GB > B1

B = 0

B < B1

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




cßn l− íi G lµ mét l− íi kim lo¹i h×nh trô ng¨n gi÷a an«t vµ kat«t. Çc ®iÖn cùc nµy®− îc ®Æt cïng trôc víi ®Ìn M, nh− ng kat«t K n»m gÇn l− íi G h¬n vµ cã ®− êngkÝnh kh¸ nhá so víi an«t A. Kat«t K ®− îc nung nãng b»ng mét sîi d©y kim lo¹inèi víi nguån ®iÖn U2. Nguån ®iÖn U3 t¹o ra mét ®iÖn tr− êng cã t¸c dông lµmt¨ng tèc çc electron ph¸t ra tõ kat«t K. Çc electron nµy chuyÓn ®éng qua l− íi G®Õn an«t A t¹o thµnh dßng ®iÖn an«t I2 ®o b»ng miliampekÕ A2. §éng n¨ng cña

electron khi bay tíi l− íi G cã trÞ ®óng b»ng c«ng cña lùc ®iÖn tr− êng gi÷a kat«t Kvµ l− íi G:

eU2

mv2

= (1)

víi U lµ hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a kat«t K vµ l− íi G ®o b»ng v«nkÕ V, cßn e vµ m lµ ®iÖntÝch vµ khèi l− îng cña electron, v lµ vËn tèc cña electron khi bay tíi l− íi G.

V× an«t A ®− îc nèi víi l− íi G b»ng ®iÖn trë trong cña Ampe kÕ rÊt bÐ nªnhiÖu ®iÖn thÕ gi÷a chóng coi nh− b»ng kh«ng. Electron sÏ chuyÓn ®éng th¼ng ®Òutõ l− íi G vÒ an«t A víi vËn tèc v kh«ng ®æi ®Ó t¹o ra dßng ®iÖn c− êng ®é I2 ch¹y

qua micr«ampekÕ A2. Tõ c«ng thøc (1), ta suy ra trÞ sè cña vËn tèc v:

m

eU2v = (2)

NÕu nèi cuén d©y D víi nguån ®iÖn U1, sÏ cã dßng ®iÖn c− êng ®é I ch¹y

qua cuén d©y nµy: trong lßng èng d©y D xuÊt hiÖn mét tõ tr− êng B h− íng däc

theo trôc cña ®Ìn M vµ vu«ng gãc víi vËn tèc v cña electron. Tõ tr− êng B t¸c

dông lªn electron mét lùc Loren LF tÝnh theo c«ng thøc:

BveFL

ρ∧=

V× B h− íng vu«ng gãc víi v , nªn lùc LF cã trÞ sè b»ng:FL = evB (3)

Lùc Loren LF lu«n lu«n h− íng vu«ng gãc víi vËn tèc v , nã ®ãng vai trß

lùc h− íng t©m, lµm cho electron khi bay qua khái l− íi G ph¶i chuyÓn ®éng theomét quü ®¹o trßn cã b¸n kÝnh R x¸c ®Þnh bëi ®iÒu kiÖn:

R

mvevBF

2

L == (4)

ë ®©y c¶m øng tõ B trong èng d©y D ®− îc tÝnh b»ng c«ng thøc:

B = µ0αnI (5)

Víi µ0 = 4π.10-7 H/m lµ h»ng sè tõ, n lµ sè vßng d©y trªn mét ®¬n vÞ dµi cña èngd©y, α lµ hÖ sè tû lÖ phô thuéc vµo cÊu t¹o cña èng d©y D.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Theo (4) vµ (5), c¶m øng tõ B trong lßng èng d©y D tû lÖ thuËn víi c− êng®é dßng ®iÖn I ch¹y qua èng d©y, cßn b¸n kÝnh R cña quü ®¹o trßn cña electrontû lÖ nghÞch víi c¶m øng tõ B. V× vËy, ta cã thÓ t¨ng dÇn c− êng ®é dßng ®iÖn ®Õn

gi¸ trÞ I ≥ I1 ®Ó t¨ng dÇn c¶m øng tõ ®Õn gi¸ trÞ B ≥ B1 sao cho b¸n kÝnh cña quü

®¹o trßn cña electron gi¶m dÇn ®Õn gi¸ trÞ2

dR ≤ nh− h×nh 2, víi d lµ kho¶ng çch

gi÷a an«t A vµ l− íi G. Trong tr− êng hîp nµy, çc electron kh«ng tíi ®− îc an«t Anªn c− êng ®é dßng ®iÖn an«t ch¹y qua miliampekÕ A2 sÏ gi¶m ®Õn gi¸ trÞ I2 = 0.Khi ®ã thay (2) vµ (5) vµo (4), ta t×m ®− îc:

22

1

22

0

222

1 dIn

U8

R B

U2

m

e

µα== (6)

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng e/m cña electron theo

c«ng thøc (6). Çc gi¸ trÞ cña α, n, d ®− îc cho tr− íc, gi¸ trÞ cña U gi÷a kat«t K vµl− íi G ®o b»ng v«nkÕ V vµ dïng ampekÕ A1 ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ I1 ch¹y qua èngd©y D khi dßng ®iÖn an«t triÖt tiªu (I2 = 0).

Çch x¸c ®Þnh gi¸ trÞ I 1:Theo nh− trªn, khi c¶m øng tõ B = B1 øng víi gi¸ trÞ dßng ®iÖn I = I1 th×

çc electron kh«ng ®Õn ®− îc an«t A vµ dßng ®iÖn an«t I2 = 0. Do ®ã ta chØ cÇntheo dâi sù gi¶m dÇn cña dßng ®iÖn I2 trªn miliampekÕ A2 trong qu¸ tr×nh t¨ngdÇn dßng ®iÖn I trªn ampe kÕ A1 cho tíi khi I2 = 0 th× I = I1.

Nh− ng do çc electron nhiÖt ph¸t ra tõ kat«t K cã vËn tèc kh¸c nhau, nªnmét sè electron cã vËn tèc lín vÉn cã thÓ bay tíi an«t A ngay c¶ khi I = I 1. V× thÕ

dßng ®iÖn an«t I2 vÉn kh«ng hoµn toµn bÞ triÖt tiªu, nghÜa lµ I2 ≠ 0.§å thÞ biÓu diÔn sù gi¶m dÇn cña dßng ®iÖn I2 phô thuéc dßng ®iÖn I cã

d¹ng ®− êng cong I2 = f(I) nh− trªn h×nh (3). §o¹n dèc nhÊt cña ®− êng cong I2 =f(I) øng víi tr− êng hîp ®a sè electron kh«ng tíi ®− îc an«t A. VÏ tiÕp tuyÕn ab víi

®o¹n dèc nhÊt cña ®− êng cong I2 = f(I). Khi ®ã gi¸ trÞ dßng ®iÖn I1 ®− îc chän t¹igiao ®iÓm cña tiÕp tuyÕn ab kÐo dµi c¾t trôc hoµnh 0I.

I

H×nh 3

I2

I10

a

b

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron (h×nh 4) gåm:1/ ThiÕt bÞ vËt lý MC - 95.112/ §Ìn manhetron3/ Cuén d©y t¹o tõ tr− êng

4/ Çc d©y dÉn dïng nèi m¹ch ®iÖn (9 d©y)5/ Nguån ®iÖn ∼220V.

4. Tr×nh tù thÝ nghiÖm

1/ ChuÈn bÞ bé thÝ nghiÖm MC - 95.11 ®Ó thùc hiÖn thÝ nghiÖm:

- Ch− a c¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé MC - 95.11 vµo nguån ®iÖn ∼220V.- Quan s¸t çch bè trÝ çc dông cô trªn mÆt m¸y cña bé MC - 95.11 nh−

h×nh 5.

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






4/ VÆn nóm xoay cña nguån U3 ®Ó hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a l− íi G vµ kat«t K chØbëi v«nkÕ V ®¹t gi¸ trÞ U3 = 6V. Khi ®ã miliampekÕ A2 chØ gi¸ trÞ cña c− êng ®édßng an«t I2 (®iÒu chØnh U2 sao cho dßng an«t I2 kh«ng v− ît qu¸ thang ®o sau ®ãgi÷ nguyªn U2 trong suèt qu¸ tr×nh ®o). §äc vµ ghi gi¸ trÞ U = 6V vµo b¶ng sèliÖu.5/ VÆn tõ tõ nóm xoay cña nguån U1 ®Ó t¨ng dÇn c− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y

qua èng d©y D. Gi¸ trÞ cña c− êng ®é dßng ®iÖn I ®äc trªn ampekÕ A1. §äc vµ ghiçc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña çc c− êng ®é dßng ®iÖn I vµ I2 vµo b¶ng sè liÖu cho tíi

khi c− êng ®é dßng ®iÖn I2 ≈ 0. VÆn nóm xoay cña nguån U1, U3, U2 theo ®óngthø tù nµy vÒ vÞ trÝ 0. Sau ®ã bÊm çc kho¸ K1, K2, K3 ®Ó t¾t m¸y.6/ §äc vµ ghi çc sè liÖu sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu:

- CÊp chÝnh x¸c δV vµ gi¸ trÞ cùc ®¹i Um trªn thang ®o cña v«nkÕ V.

- CÊp chÝnh x¸c δ1A vµ gi¸ trÞ cùc ®¹i I1m trªn thang ®o cña ampekÕ A1.

- CÊp chÝnh x¸c δ2A vµ gi¸ trÞ cùc ®¹i I2m trªn thang ®o cña miliampekÕ A2.

- HÖ sè α, sè vßng d©y trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi n cña èng d©y D.- Kho¶ng çch d gi÷a an«t A vµ l− íi G cña ®Ìn manhetron.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




5. B¸o ço thÝ nghiÖm

x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electronb»ng ph− ¬ng ph¸p manhetron

Líp ..................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªn

KÝp .............Nhãm ..............Hä tªn..................................

Môc ®Ých thÝ nghiÖm

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

KÕt qu¶ thÝ nghiÖm

B¶ng sè liÖuSè vßng d©y

n = ...HÖ sè cña èng d©y D

α = ...

Kho¶ng çch an«t - l− íid = ...

V«nkÕ V

Um = ...; δV = ...; U = 6V

AmpekÕ A1

I1m = ...; δ1A = ...

AmpekÕ A2

I2m = ...; δ2A = ...I1(A) …

I2(mA) …

5.1. VÏ ®å thÞ I2 = f(I) trªn giÊy milimÐt

5.2. TÝnh gi¸ trÞ ®iÖn tÝch riªng cña electronm

eX =

- C¨n cø vµo ®å thÞ I2 = f(I) vÏ ®− îc ë trªn, x¸c ®Þnh gi¸ trÞ dßng ®iÖn.

I1 = ... ± ... (A)

- Sai sè t− ¬ng ®èi cña ®iÖn tÝch riªngm

eX =

......

d

d

I

I

n

n2

U

U

X

X

1

1

0

0 ==⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜

⎝

⎛ ∆+

∆+

∆+

µ

µ∆+

α

α∆+

∆=

∆=δ

- Gi¸ trÞ cña ®iÖn tÝch riªng:

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




)kg/C...(...dIn

U8

m

eX

22

1

22

0

2==

µα==

- Sai sè tuyÖt ®èi:)kg/C...(...XX ==δ=∆

KÕt qu¶ ®o ®iÖn tÝch riªng e/m cña electron:)kg/C...(...XXX ±=∆±=

So s¸nh gi¸ trÞ ®o ®− îcm

eX = víi gi¸ trÞ lý thuyÕt Xlt = ⎟

⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛

m

elt:

Cho biÕt Xlt = 31

19

10.1,9

10.6,1−

−

= 1,7 . 1011 C/kg, tÝnh sai sè t− ¬ng ®èi:

......X

XX

lt

lt ==−

=ε

6. C©u hái kiÓm tra

1/ Nªu ®Þnh nghÜa vµ ®¬n vÞ ®o ®iÖn tÝch riªng cña electron.2/ Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®iÖn tÝch riªng cña electron b»ng dïng ®Ìnmanhetron. Gi¶i thÝch râ chuyÓn ®éng cña electron trong ®iÖn tr− êng vµ tõtr− êng.3/ Trong s¬ ®å m¹ch ®iÖn thÝ nghiÖm trªn h×nh 1, t¹i sao ph¶i m¾c cùc (-) cñamiliampekÕ A2 vµo an«t A vµ cùc (+) cña nã vµo l− íi G cña ®Ìn manhetron?4/ T¹i sao ph¶i gi÷ gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ cña nguån ®iÖn U2 kh«ng thay ®æi trongsuèt thêi gian tiÕn hµnh thÝ nghiÖm?5/ Gi¶i thÝch râ çch x¸c ®Þnh gi¸ trÞ I1 khi c− êng ®é dßng an«t triÖt tiªu (I2 = 0) b»ngph− ¬ng ph¸p ®å thÞ nh− trªn h×nh 3.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 2: X¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngangcña tõ tr− êng tr¸i ®Êt


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ngkiÕn thøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êngtr¸i ®Êt.1.2. Yªu cÇu


®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êng tr¸i ®Êt. BiÕt çch sö dông ®ång hå®o ®iÖn v¹n n¨ng hiÖn sè.

3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh»m x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõtr− êng tr¸i ®Êt.

4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


2.1. Tõ tr− êng cña Tr¸i ®Êt

Tr¸i ®Êt lµ mét khèi nam ch©m khæng lå h×nh cÇu. Cùc tõ B¾c cña nã n»më phÝa cùc ®Þa lý Nam vµ ng− îc l¹i, cùc tõ Nam l¹i n»m ë phÝa cùc ®Þa lý B¾c.Nh− vËy trong kho¶ng kh«ng gian bao quanh Tr¸i ®Êt cã mét tõ tr− êng. Phæ çc®− êng søc cña tõ tr− êng nµy cã d¹ng nh− h×nh 1. T¸c dông cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êt

t¹i mçi ®iÓm ®− îc ®Æc tr− ng bëi mét vect¬ c− êng ®é tõ tr− êng H n»m theoh− íng nam - b¾c cña mét kim nam ch©m treo bëi mét sîi d©y sao cho träng t©mcña nã trïng víi ®iÓm treo. Khi ®ã kim nam ch©m NS n»m tiÕp tuyÕn víi ®− êng

søc cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êt. ë hai bªn b¸n cÇu, mét ®Çu cña kim nam ch©m bÞ hót

vÒ phÝa mÆt ®Êt nªn kim nam ch©m SN bÞ nghiªng so víi mÆt ®Êt mét gãc θ gäi lµ

®é tõ khuynh (t¹i xÝch ®¹o θ = 0). MÆt ph¼ng th¼ng ®øng chøa kim nam ch©m SNgäi lµ mÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ. Çc mÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ giao nhau theo trôctõ cña Tr¸i ®Êt. Çc kinh tuyÕn tõ héi tô t¹i çc cùc tõ N M vµ SM. V× çc cùc tõcña Tr¸i ®Êt kh«ng trïng víi çc cùc ®Þa lý nªn mÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ bÞ lÖch

víi kinh tuyÕn ®Þa lý mét gãc lÖch α vµ gi¸ trÞ cña gãc lÖch α gäi lµ ®é tõ thiªn.Cã thÓ ph©n tÝch vect¬ c− êng ®é tõ tr− êng Tr¸i ®Êt H ra thµnh 2 phÇn: H0 n»m

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




ngang vµ Hz th¼ng ®øng (h×nh 2). §é tõ khuynh θ, ®é tõ thiªn α vµ thµnh phÇn

n»m ngang 0H lµ çc yÕu tè cho phÐp x¸c ®Þnh ®é lín vµ h− íng cña vect¬ c− êng

®é tõ tr− êng Tr¸i ®Êt H . Çc yÕu tè nµy cã thÓ biÕn ®æi theo thêi gian. NÕu kimnam ch©m NS cã thÓ quay tù do quanh mét trôc th¼ng ®øng th× nã sÏ ®Þnh h− íng

theo thµnh phÇn n»m ngang 0H cña c− êng ®é tõ tr− êng Tr¸i ®Êt trong mÆt ph¼ng

kinh tuyÕn tõ.Lý thuyÕt vÒ nguån gèc cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êt ®− îc chia thµnh hai nhãm:

hoÆc dùa trªn gi¶ thuyÕt vÒ sù tån t¹i cña çc dßng ®iÖn khÐp kÝn n»m s©u trongchÊt láng cña lâi Tr¸i ®Êt; hoÆc dùa trªn gi¶ thuyÕt cho r»ng ë nh÷ng phÇn kh¸cnhau cña líp vá Tr¸i ®Êt cã chøa nh÷ng l− îng chÊt mang tõ tÝnh. Tuy nhiªn çcgi¶ thuyÕt nµy vÉn ch− a mang tÝnh thuyÕt phôc.

2.2. §iÖn kÕ tang

§iÖn kÕ tang (h×nh 3a) gåm mét cuén d©y dÉn 1 h×nh trßn, cã n vßng quÊnxÝt nhau trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng dïng ®Ó t¹o ra tõ tr− êng. Kim nam ch©m 2®Æt t¹i t©m cña cuén d©y dÉn vµ cã thÓ quay tù do quanh mét trôc th¼ng ®øng

h− íng vu«ng gãc víi mÆt chia ®é 3. §Ó dÔ quan s¸t, ng− êi ta g¾n thªm mét kimchØ thÞ 4 dµi b»ng nh«m nhÑ h− íng vu«ng gãc víi kim nam ch©m 2 vµ n»m trongcïng mÆt ph¼ng ngang. NÕu mÆt ph¼ng th¼ng ®øng cña cuén d©y dÉn ®− îc ®Æt

SM

NM

SG

NG

H×nh 1

zH

H

0H

S

N

θ

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




trïng víi mÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ th× kim chØ thÞ 4 chØ ®óng v¹ch 00 trªn mÆt chia®é 3.

Cho dßng ®iÖn kh«ng ®æi c− êng ®é I ch¹y qua cuén d©y dÉn th× sÏ lµmxuÊt hiÖn mét tõ tr− êng bao quanh cuén d©y. T¹i t©m O cña cuén d©y, vect¬

c− êng ®é tõ tr− êng 1H h− íng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng cña cuén d©y vµ cã ®é

lín b»ng:

D

nIH1 = (1)

víi D lµ ®− êng kÝnh cña cuén d©y vµ n lµ sè vßng d©y cña cuén d©y dÉn ®ã.Nh− vËy trong mÆt ph¼ng ngang, kim nam ch©m 2 chÞu t¸c dông ®ång thêi

bëi thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êt H0 vµ tõ tr− êng H1 cña cuén d©y

h− íng vu«ng gãc víi nhau (h×nh 3b). KÕt qu¶ lµ kim nam ch©m 2 quay mét gãc β

theo h− íng tõ tr− êng tæng hîp H :

10 HHH += (2)

Tõ h×nh 3b ta nhËn thÊy:

H1= H0tgβ (3)Thay (1) vµo (3), ta t×m ®− îc:

β=

tg

I

D

nH0 (4)

a

5

1

42

3

H1H

0H⊕

1

1

1

4

b

H×nh 3

β

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Trong hÖ SI, ®¬n vÞ ®o c− êng ®é tõ tr− êng lµ Ampe trªn mÐt (A/m)Nh− vËy, nÕu biÕt ®− êng kÝnh D vµ sè vßng n cña cuén d©y dÉn cña ®iÖn

kÕ tang, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®− îc thµnh phÇn n»m ngang H0 cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êtb»ng çch ®o c− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y qua cuén d©y dÉn vµ ®äc gi¸ trÞ gãc lÖch

β chØ bëi kim chØ thÞ 4 trªn mÆt chia ®é.Chó ý : Sau khi lÊy l«garit vµ thùc hiÖn phÐp tÝnh vi ph©n ®èi víi biÓu thøc

(4), ta t×m ®− îc biÓu thøc x¸c ®Þnh sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o thµnh phÇn n»mngang H0 cña c− êng ®é tõ tr− êng Tr¸i ®Êt.

ββ∆

+∆

+∆

=∆

2sin

2

D

D

I

I

H

H

0

0 (5)

NhËn xÐt thÊy sè h¹ng cuèi cïng cña biÓu thøc (5) nhá nhÊt khi 045=β ,

nghÜa lµ phÐp ®o thµnh phÇn n»m ngang cña c− êng ®é tõ tr− êng Tr¸i ®Êt sÏ cã saisè nhá nhÊt khi c− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y qua ®iÖn kÕ tang lµm kim nam ch©mcña nã lÖch mét gãc β = 450

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êng tr¸i ®Êt (h×nh4) gåm:1. §iÖn kÕ tang, 2. §ång hå ®a n¨ng hiÖn sè, 3. Nguån ®iÖn æn ¸p mét chiÒu 0 -6V/100mA, 4. Bé d©y dÉn nèi m¹ch ®iÖn (3 d©y).

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êng tr¸i ®Êt

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





4.1. M¾c m¹ch ®iÖn

a) §ång hå ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè DT 9202 ®Æt ë thang ®o DCA 200m (tøcthang ®o dßng ®iÖn mét chiÒu 200mA) ®Ó ®o c− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y qua ®iÖnkÕ tang G. Chèt c¾m “A” lµ cùc (+) ®Ó ®o c− êng ®é dßng ®iÖn vµ chèt c¾m“COM” lµ cùc (-) cña ®ång hå (h×nh 5). VÆn nóm xoay 7 cña ®ång hå nµy ®Óv¹ch chuÈn cña nã n»m ®èi diÖn víi vÞ trÝ 200m DCA. Khi b¾t ®Çu ®o, bÊm nóm“ON” ®Ó çc ch÷ sè hiÓn thÞ trªn mµn h×nh cña ®ång hå. Khi kÕt thóc ®o, l¹i Ênnót “OFF” ®Ó t¾t ®iÖn cho ®ång hå.b) M¾c nèi tiÕp cuén d©y dÉn 1 cña ®iÖn kÕ tang G víi ®ång hå ®iÖn ®a n¨ng hiÖn

sè, råi nèi chóng víi hai cùc (+) vµ (-) cña bé nguån ®iÖn mét chiÒu U = 0 ÷ 6Vtheo s¬ ®å h×nh 4.c) VÆn nóm xoay cña bé nguån ®iÖn U vÒ vÞ trÝ 0 (tËn cïng bªn tr¸i).

4.2. §iÒu chØnh vÞ trÝ “0” cña ®iÖn kÕ tangVÆn çc vÝt 5 d− íi mÆt ch©n ®Õ cña ®iÖn kÕ tang ®Ó ®iÒu chØnh cho mÆt

chia ®é 3 n»m trong mÆt ph¼ng ngang.§Æt m¾t nh×n th¼ng tõ trªn xuèng vµ xoay ®iÖn kÕ tang sao cho kim chØ thÞ

4 chØ ®óng vÞ trÝ 00 trªn mÆt chia ®é, khi ®ã kim nam ch©m 2 n»m trong mÆtph¼ng th¼ng ®øng cña cuén d©y dÉn 1. Gi÷ nguyªn vÞ trÝ nµy cña ®iÖn kÕ tangtrong suèt qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thÝ nghiÖm.

K

dc – variable power supply0,6v/150abko 134ps

U

0 18.2

DT – 9202 ONOFF

DCA

ACA

F

ACV

DCV

Ω

20A A COM VΩ

H×nh 5

G

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.3. §o c− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y qua ®iÖn kÕ tang.

a) C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé nguån ®iÖn BKO - 134PS vµo nguån ®iÖn ∼220V.§Ìn LED ph¸t s¸ng b¸o hiÖu nguån ®iÖn ®· s½n sµng ho¹t ®éng.b) BËt kho¸ K trªn mÆt bé nguån ng¶ vÒ bªn ph¶i ®Ó nèi ®iÖn ra hai lç c¾m cñanã. VÆn tõ tõ nóm xoay U cña bé nguån vµ quan s¸t cho tíi khi ®Çu kim chØ thÞ 4quay tíi ®óng vÞ trÝ cña v¹ch 450.

§äc vµ ghi gi¸ trÞ cña c− êng ®é dßng ®iÖn 'I trªn ampekÕ A vµo b¶ng sè

liÖu. VÆn nóm xoay cña bé nguån ®iÖn mét chiÒu U vÒ vÞ trÝ 0.c) M¾c ®¶o l¹i çc ®Çu d©y nèi t¹i hai cùc (+) vµ (-) cña bé nguån ®iÖn mét chiÒuU ®Ó ®æi chiÒu dßng ®iÖn ch¹y qua ®iÖn kÕ tang. VÆn tõ tõ nóm xoay U vµ quans¸t cho tíi khi hai ®Çu cña kim chØ thÞ 4 quay ng− îc chiÒu lóc ®Çu tíi ®óng vÞ trÝv¹ch 450.

§äc vµ ghi gi¸ trÞ cña c− êng ®é dßng ®iÖn ''I trªn ampekÕ vµo b¶ng sèliÖu. VÆn nóm xoay U vÒ vÞ trÝ 0.

TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña c− êng ®é dßng ®iÖn ch¹y qua cuén d©y dÉn 1

cña ®iÖn kÕ tang:

)II(2

1I ''' += (6)

d) Thùc hiÖn phÐp ®o nh− trªn 3 lÇn.e) BÊm nóm “OFF” cña ®ång hå ®a n¨ng hiÖn sè ®Ó t¾t ®iÖn cho ®ång hå, bËtkho¸ K cña nguån ®iÖn mét chiÒu U ng¶ vÒ bªn tr¸i, vµ rót phÝch c¾m ®iÖn cña bé

nguån ®iÖn ra khái æ ∼220V.

4.4. §äc vµ ghi çc sè liÖu cho tr− íc sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu

- §− êng kÝnh D cña cuén d©y dÉn N cña ®iÖn kÕ tang.- §é chÝnh x¸c ∆β cña th− íc trßn chia ®é trong ®iÖn kÕ tang.- §é chÝnh x¸c cña ®ång hå hiÖn sè ®o c− êng ®é dßng ®iÖn I.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êt

Líp ..................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªnKÝp .............Nhãm ..............Hä tªn..................................


...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................


B¶ng sè liÖu- §iÖn kÕ tang G:

§− êng kÝnh cuén d©y t¹o tõ tr− êng: D = (162 ±1).10-3 (m)

§é chÝnh x¸c cña th− íc trßn chia ®é : ∆β = 10

- §ång hå ®a n¨ng hiÖn sè : ∆I = ... (A)- Sè vßng d©y n = ...

'

iI (A) ''

iI (A) Ii (A) ∆Ii (A)

i = 1...3

Trung b×nh × × ...I= ...I =∆

Chó ý: dcIII ∆+∆=∆

∆β ®æi ra radian.

Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o c− êng ®é tõ tr− êng H0.

......2sin

2DD

II

HH

0

0 ==ββ∆+∆+∆=∆=ε

Gi¸ trÞ trung b×nh cña c− êng ®é tõ tr− êng H0.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




¸p dông c«ng thøc (4) khi β = 450 ®Ó tÝnh gi¸ trÞ cña c− êng ®é tõ tr− êngH0.

)m/A...(...D

InH0 ===

Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o.

)m/A...(...HH 00 ==ε=∆ KÕt qu¶.

)m/A(......HHH 000 ±=∆±=


1. Tr×nh bµy kh¸i niÖm vÒ tõ tr− êng cña Tr¸i ®Êt. Nªu ®Þnh nghÜa cña mÆtph¼ng kinh tuyÕn tõ, ®é tõ khuynh, ®é tõ thiªn vµ thµnh phÇn n»m ngang H0 cñatõ tr− êng Tr¸i ®Êt.

2. Nªu râ çch x¸c ®Þnh ®é lín vµ h− íng cña vect¬ c− êng ®é tõ tr− êng t¹it©m cña vßng d©y dÉn cã dßng ®iÖn ch¹y qua.3. Tr×nh bµy nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña ®iÖn kÕ tang. Tõ ®ã suy

ra biÓu thøc cho phÐp x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang H 0 cña tõ tr− êng Tr¸i ®Êtb»ng ®iÖn kÕ tang.

4. T¹i sao ph¶i ®iÒu chØnh ®Ó mÆt ph¼ng cña cuén d©y dÉn n»m trïng víimÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ ?

5. T¹i sao ph¶i thùc hiÖn phÐp ®o gi¸ trÞ c− êng ®é dßng ®iÖn ch¹y quacuén d©y dÉn cña ®iÖn kÕ tang øng víi tr− êng hîp kim nam ch©m quay lÖch mét

gãc β = 450?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 3: X¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ng

kiÕn thøc vÒ vËt liÖu s¾t tõ vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cñavËt liÖu s¾t tõ.1.2. Yªu cÇu


®Þnh nhiÖt ®é Curie cña vËt liÖu s¾t tõ.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh»m x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña vËt liÖu s¾t tõ.4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


Çc vËt liÖu s¾t tõ (Fe, Ni, Co, ferit...) nÕu ®− îc ®Æt trong tõ tr− êng ngoµi

0B th× chóng sÏ bÞ tõ ho¸ (nhiÔm tõ) rÊt m¹nh. Nguyªn nh©n lµ do bªn trong khèi

s¾t tõ khi ®ã xuÊt hiÖn mét tõ tr− êng phô 'B cïng h− íng vµ rÊt lín so víi 0B . V×

vËy tõ tr− êng tæng hîp trong khèi s¾t tõ cã gi¸ trÞ b»ng:

0

'

0 BBBB µ=+=ρ

(1)

HÖ sè tû lÖ µ gäi lµ ®é tõ thÈm tû ®èi cña s¾t tõ. TrÞ sè cña µ phô thuéc

phøc t¹p vµo ®é lín cña0

B vµ cã thÓ ®¹t tíi 104 ÷ 105, nghÜa lµ tõ tr− êng tæng hîp

trong khèi s¾t tõ cã thÓ lín gÊp hµng v¹n lÇn so víi tõ tr− êng bªn ngoµi. Do ®ÆctÝnh nµy, çc vËt liÖu s¾t tõ ®− îc dïng réng r·i trong kü thuËt ®iÖn ®Ó lµm lâi tõcña biÕn thÕ ®iÖn, ®éng c¬ ®iÖn, nam ch©m ®iÖn, r¬le ®iÖn tõ...

Cã thÓ gi¶i thÝch ®Æc tÝnh cña s¾t tõ b»ng thuyÕt miÒn tõ ho¸ tù nhiªn.

Theo thuyÕt nµy, cÊu tróc cña khèi s¾t tõ gåm çc miÒn rÊt nhá cì 10 -5 ÷ 10-6 mgäi lµ miÒn tõ ho¸ tù nhiªn. Trong mçi miÒn, do cã “lùc t− ¬ng t¸c trao ®æi”,m«men tõ spin cña çc electr«n ®Þnh h− íng song song víi nhau, t¹o thµnh tõ ho¸®Õn møc b·o hoµ. NÕu ch− a cã tõ tr− êng ngoµi, m«men tõ cña çc miÒn kh¸cnhau s¾p xÕp hçn lo¹n nªn m«men tõ tæng hîp cña khèi s¾t tõ b»ng kh«ng vµ s¾ttõ kh«ng cã tõ tÝnh. NÕu ®Æt vµo tõ tr− êng kh¸ m¹nh, trong khèi s¾t tõ sÏ x¶y raqu¸ tr×nh “dÞch chuyÓn v¸ch” cña çc miÒn tõ ho¸ tù nhiªn vµ qu¸ tr×nh “quay

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




m«men tõ” cña çc miÒn nµy theo h− íng song song víi tõ tr− êng ngoµi 0B . KÕt

qu¶ lµ c¶ khèi s¾t tõ trë thµnh mét miÒn tõ ho¸ cã m«men tõ rÊt lín, do ®ã g©y ra

tõ tr− êng phô 'B cïng h− íng vµ rÊt lín so víi tõ tr− êng ngoµi 0B .

Tuy nhiªn, nÕu khèi s¾t tõ bÞ nung nãng ®Õn nhiÖt ®é T ≥ T C th× chuyÓn®éng nhiÖt cña çc nguyªn tö sÏ t¨ng m¹nh, ph¸ vì cÊu tróc cña çc miÒn tõ ho¸

tù nhiªn, lµm mÊt ®Æc tÝnh cña s¾t tõ. Khi ®ã ®é tõ thÈm cña s¾t tõ gi¶m rÊt nhanhtíi gi¸ trÞ µ ≈1 vµ B ≈B0. NhiÖt ®é T c ®− îc gäi lµ nhiÖt ®é Curie, gi¸ trÞ cña nãphô thuéc vµo b¶n chÊt cña s¾t tõ. ThÝ dô: nhiÖt ®é Curie cña s¾t lµ 780oC, cña

niken lµ 350oC, cña hîp kim 30%Ni + 70%Fe lµ 80oC ÷ 85oC... NhiÖt ®é Curie T C cña vËt liÖu s¾t tõ cã ý nghÜa thùc tÕ. NÕu biÕt T C, ta cã thÓ chän kho¶ng nhiÖt ®élµm viÖc thÝch hîp ®èi víi çc linh kiÖn ®iÖn vµ ®iÖn tö cã sö dông lâi s¾t tõ. MÆt

kh¸c, sù biÕn ®æi ®ét biÕn cña ®é tõ thÈm µ cña s¾t tõ ë nhiÖt ®é Curie còng ®− îcøng dông ®Ó chÕ t¹o çc bé c¶m biÕn, çc r¬le nhiÖt - ®iÖn tõ dïng ®iÒu khiÓn tù®éng nhiÖt ®é trong çc lß h¬i, nåi c¬m ®iÖn....

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña ferit (s¾t tõ b¸ndÉn) b»ng ph− ¬ng ph¸p c¶m øng ®iÖn tõ. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm bè trÝ nh− trªn h×nh1a. Thanh ferit F ®− îc ®Æt ë bªn trong lß ®iÖn §. Lß ®iÖn § nèi víi nguån ®iÖnxoay chiÒu ~50V, nã gåm hai cuén d©y ®iÖn trë gièng nhau m¾c nèi tiÕp vµ cuènng− îc chiÒu nhau sao cho khi dßng ®iÖn ch¹y qua lß ®iÖn th× thanh ferit F bÞ nungnãng, nh− ng dßng ®iÖn nµy kh«ng sinh ra tõ tr− êng. NhiÖt ®é T cña thanh ferit F

~3V

µA

mV ~50V

F

§

C

ST

a

~u1 µA

iC

R2R1

i1

L

b

H×nh 1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®o b»ng cÆp nhiÖt C, suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng cña nã chØ thÞ trªn miliv«nkÕ mV. Haicuén d©y c¶m øng - cuén s¬ cÊp S vµ cuén thø cÊp T, quÊn chång lªn nhau baoquanh lß ®iÖn §. Cuén s¬ cÊp S nèi víi nguån ®iÖn xoay chiÒu ~3V vµ cuén thø

cÊp T nèi víi micr«ampekÕ µA. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÖn cña thÝ nghiÖm biÓudiÔn trªn h×nh 1b, trong ®ã R1 vµ R2 lµ ®iÖn trë thuÇn cña cuén s¬ cÊp S vµ cuénthø cÊp T, cßn L lµ hÖ sè tù c¶m cña cuén s¬ cÊp S. TrÞ sè cña L phô thuéc vµo

kÝch th− íc, sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp S vµ tû lÖ víi ®é tõ thÈm tû ®èi µ cñathanh ferit F ®Æt bªn trong cuén d©y ®ã.NÕu ®Æt hiÖu ®iÖn thÕ xoay chiÒu u1 vµo hai ®Çu cña cuén d©y s¬ cÊp S, trongcuén d©y sÏ cã dßng ®iÖn xoay chiÒu i1 ch¹y qua vµ lµm xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng

tù c¶m ε1C cã gi¸ trÞ b»ng:

dt

d N 0

1C1

φ−=ε (2)

víi N1 lµ sè vßng d©y, cßndt

diL

dt

d 10 =φ

lµ tèc ®é biÕn thiªn tõ th«ng qua mçi vßng

d©y cña cuén s¬ cÊp S. ¸p dông ®Þnh luËt ¤m cho ®o¹n m¹ch cña cuén s¬ cÊp S,ta cã:

u1 = i1R1 - ε1C

suy ra: ε1C = i1R1 - u1 (3)V× cuén thø cÊp T quÊn chång lªn cuén s¬ cÊp S trªn cïng lâi ferit F, nªn

tèc ®é biÕn thiªn tõ th«ng qua mçi vßng d©y cña cuén thø cÊp T còng b»ngdt

d 0φ ,

do ®ã, suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng ε2C xuÊt hiÖn trong cuén thø cÊp T cã gi¸ trÞ b»ng:

dt

d N 0

2C2

φ−=ε (4)

víi N2 lµ sè vßng d©y cña cuén thø cÊp T. So s¸nh (2) víi (4), ®ång thêi chó ý ®Õn(3), ta t×m ®− îc:

)uR i( N

N111

1

2C2 −=ε (5)

Khi nung nãng thanh ferit F ®Õn nhiÖt ®é Curie T C, ®é tõ thÈm tû ®èi cña

ferit gi¶m nhanh xuèng ®Õn gi¸ trÞ µ ≈ 1 vµ hÖ sè tù c¶m cña cuén s¬ cÊp S còng

gi¶m xuèng ®Õn gi¸ trÞ rÊt nhá, thùc tÕ cã thÓ coi L ≈ 0. Khi ®ã suÊt ®iÖn ®éng tù

c¶m trong cuén s¬ cÊp ε1C ≈ 0 vµ u1 ≈ i1R1. Tõ c«ng thøc (5), ta suy ra: ε2C ≈ 0 vµ

dßng ®iÖn c¶m øng ch¹y trong cuén thø cÊp T còng gi¶m xuèng ®Õn gi¸ trÞ iC ≈ 0.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Nh− vËy, muèn x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie T C cña thanh ferit F, ta chØ cÇntheo dâi gi¸ trÞ cña dßng c¶m øng iC ch¹y qua cuén thø cÊp T thay ®æi phô thuécnhiÖt ®é t cña thanh ferit F.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ (h×nh 2) gåm:1/ ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm vËt lý MC - 9562/ Çc d©y dÉn dïng nèi m¹ch ®iÖn (9 d©y)3/ Nguån ®iÖn ~220V.


1/ ChuÈn bÞ bé thÝ nghiÖm MC - 956 ®Ó thùc hiÖn thÝ nghiÖm nµy:a/ Ch− a c¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé MC - 956 vµo nguån ®iÖn ~ 220V.b/ Dïng çc d©y dÉn nèi m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y MC - 956 (h×nh 3):

- Lß ®iÖn § nèi víi nguån ~50V-1A,- Cuén s¬ cÊp S nèi víi nguån ~3V-1A,

- Cuén thø cÊp T nèi víi micr«ampekÕ µA,

- CÆp nhiÖt C nèi víi miliv«nkÕ ®iÖn tö mV,- Çc c«ng t¾c K, K1, K2 ë tr¹ng th¸i ng¾t ®iÖn.

H×nh 2: Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




2/ Mêi gi¸o viªn tíi kiÓm tra m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y MC - 956 vµ c¾m phÝch lÊy

®iÖn vµo nguån ~220V. Chó ý: khi ®ã çc ®Ìn tÝn hiÖu LED ®Òu ch− a s¸ng.Dïng mét d©y dÉn nèi ®o¶n m¹ch hai cùc cña miliv«nkÕ ®iÖn tö mV. BÊm

c«ng t¾c K: ®Ìn LED cña nã ph¸t s¸ng b¸o hiÖu ®· cã ®iÖn vµo m¸y. NÕu thÊykim cña miliv«nkÕ ®iÖn tö mV lÖch khái vÞ trÝ sè 0, th× vÆn tõ tõ nóm xoay quykh«ng “0” ®Ó ®− a kim quay trë vÒ ®óng sè 0. Sau ®ã th¸o bá d©y dÉn nèi ®o¶nm¹ch hai cùc cña miliv«nkÕ ®iÖn tö mV.

3/ BÊm c«ng t¾c K2: ®Ìn LED cña nã ph¸t s¸ng b¸o hiÖu cuén s¬ cÊp S ®· ®− îc

nèi víi nguån ®iÖn ~3V vµ micr«ampekÕ µA chØ gi¸ trÞ IC cña dßng ®iÖn c¶m øngch¹y qua cuén thø cÊp T.

4/ BÊm c«ng t¾c K1: ®Ìn LED cña nã ph¸t s¸ng b¸o hiÖu lß ®iÖn § ®· ®− îc nèivíi nguån ®iÖn ~ 50V vµ nhiÖt ®é t cña thanh ferit F t¨ng dÇn. Khi ®ã gi¸ trÞ cña

suÊt ®iÖn ®éng εnd cña cÆp nhiÖt C trªn miliv«nkÕ mV còng t¨ng dÇn.

Theo dâi sù biÕn thiªn cña dßng ®iÖn c¶m øng IC trªn micr«ampekÕ µA

theo nhiÖt ®é t cña thanh ferit F chØ thÞ qua suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng εnd cña cÆp nhiÖtC trªn miliv«nkÕ mV. Ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña IC vµ suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng εnd cña cÆp nhiÖt C vµo b¶ng sè liÖu.

Chó ý: TiÕn hµnh thÝ nghiÖm trªn ®èi víi c¶ hai tr− êng hîp: t¨ng dÇn nhiÖt

®é cña thanh ferit F ®Õn gi¸ trÞ t > tC qua vïng IC gi¶m nhanh, tiÕp ®ã l¹i gi¶m dÇn

Lß ®iÖn §~50V

Cuén s¬ cÊp S~3V

Cuén thø cÊp T~50V

CÆp nhiÖt C

Nguån xoay chiÒu

AC ~50V-1A~3V-1A

~50V ~3V

K1 K2

µA mV

µA mV

“0”

K

H×nh 3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




nhiÖt ®é cña thanh ferit nµy ®Õn gi¸ trÞ t < tC qua vïng IC t¨ng nhanh, víi tC lµnhiÖt ®é Curie cña thanh ferit.5/ Çch x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie (b»ng çch vÏ ®å thÞ):

a) Chän hÖ trôc to¹ ®é

- Trôc tung cã chiÒu d− ¬ng biÓu diÔn dßng c¶m øng IC theo ®¬n vÞ µA, vµchiÒu ©m biÓu diÔn hiÖu nhiÖt ®é (t - t

0

) theo ®¬n vÞ 0C.

- Trôc hoµnh biÓu diÔn suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng (ε nd ) theo ®¬n vÞ mV.

b/ VÏ ®− êng cong IC(εnd) vµ ®− êng lÊy mÉu cÆp nhiÖt εnd = C(t - t0) theob¶ng sè liÖu trªn cïng mét ®å thÞ cã d¹ng nh− h×nh 4 ®èi víi c¶ hai tr− êng hîpt¨ng vµ gi¶m nhiÖt ®é.

T×m gi¸ trÞ tC: Khi nhiÖt ®é t¨ng, vÏ tiÕp tuyÕn ab cña ®− êng cong( )nd C f I ε = t¹i phÇn dèc nhÊt cña nã. KÐo dµi tiÕp tuyÕn ab c¾t trôc hoµnh t¹i

®iÓm A. KÎ ®− êng th¼ng song song víi trôc tung ®i qua ®iÓm A c¾t ®− êng th¼ngεnd = C(t - t0) t¹i ®iÓm B. Tung ®é cña B biÓu thÞ hiÖu nhiÖt ®é: t 1C - t0 = δt1.

LÆp l¹i ®éng t¸c trªn khi nhiÖt ®é gi¶m, ta t×m ®− îc hiÖu nhiÖt ®é: t2C - t0 = δt2.

NhiÖt ®é Curie lµ gi¸ trÞ trung b×nh:2

ttt C2C1

C

+=

6/ Ghi çc sè liÖu sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu.- NhiÖt ®é t0 cña phßng thÝ nghiÖm vµ ®é chÝnh x¸c cña nhiÖt kÕ.- HÖ sè suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng C cña cÆp nhiÖt.

- Gi¸ trÞ cùc ®¹i Um cña thang ®o vµ cÊp chÝnh x¸c δV cña miliv«nkÕ mV- Gi¸ trÞ cùc ®¹i Im cña thang ®o vµ cÊp chÝnh x¸c δA cña micr«ampekÕ µA.

a

b εndA

Ic

t - t0

0

BtC - t0

H×nh 4

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ

X¸c nhËn cña gi¸o viªnLíp .......................................KÝp ................ Nhãm ...........Hä tªn ..................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng sè liÖut0 = ... ± ...0CUm = ... mV

Im = ... µA

C = ... ± ... µV

δV = ...

δA ...Khi nhiÖt ®é t¨ng Khi nhiÖt ®é gi¶m

εnd IC εnd IC

... ... ... ...

5.1. VÏ ®å thÞ IC = f(εnd) vµ εnd = C(t - t0)

(§å thÞ vÏ trªn giÊy vÏ ®å thÞ, c¨n cø vµo b¶ng sè liÖu vµ h− íng dÉn ë trªn)5.2. TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh vµ sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh cña nhiÖt ®é Curie

- Gi¸ trÞ trung b×nh Ct

t1C = t0 + δt1 = ... = ... 0C

t2C = t0 + δt2 = ... = ... 0C

C......2

ttt

0C2C1C ==

+=

- Sai sè tuyÖt ®èi Ct∆ :

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




C...2

ttt

0C2C1C =

∆+∆=∆

trong ®ã:

)t(tt

)t(tt

20C2

10C1

δ∆+∆=∆

δ∆+∆=∆

víi )t(),t(21

δ∆δ∆ lµ ®é chÝnh x¸c cña hÖ trôc to¹ ®é dïng ®Ó vÏ ®å thÞ.

KÕt qu¶: C......ttt0

CCC ±=∆±=


1/ §Æc tÝnh cña s¾t tõ? NhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ? Nªu ý nghÜa vµ øng dông.2/ Tr×nh bµy néi dung cña ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nhiÖt ®é Curie cña s¾t tõ.

3/ T¹i sao ®å thÞ IC = f(εnd) cã d¹ng nh− trªn h×nh 3?4/ Gi¶i thÝch râ çch tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña nhiÖt ®é Curie vµ sai sè cña nã.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 4: kh¶o s¸t hiÖn t− îng tõ trÔ cña s¾t tõ


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ng

kiÕn thøc vÒ vËt liÖu s¾t tõ vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t hiÖn t−

îng tõ trÔcña vËt liÖu s¾t tõ.1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm dïng ®Ó kh¶o

s¸t hiÖn t− îng tõ trÔ cña vËt liÖu s¾t tõ. BiÕt çch sö dông ®iÖn kÕ xung kÝch.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh»m kh¶o s¸t hiÖn t− îng tõ trÔ cña vËt liÖu s¾t

tõ.4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, x©y dùng ®− îc ®− êng cong tõ trÔ cña vËt liÖu

s¾t tõ, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


2.1. VËt liÖu tõ

Lµ tÊt c¶ çc vËt liÖu cã kh¶ n¨ng bÞ nhiÔm tõ (bÞ tõ ho¸), tøc lµ trongchóng xuÊt hiÖn tõ tr− êng riªng, khi ®Æt trong tõ tr− êng ngoµi. Ng− êi ta chia vËtliÖu tõ ra lµm 3 lo¹i: thuËn tõ, nghÞch tõ vµ s¾t tõ.

NÕu ®Æt chÊt thuËn tõ hay nghÞch tõ ®ång chÊt trong tõ tr− êng ngoµi cãc¶m øng tõ B0 th× tõ tr− êng riªng trong chÊt ®ã c¶m øng tõ rÊt nhá so víi B0 vµ

c¶m øng tõ tæng hîp B sÏ thay ®æi tuyÕn tÝnh theo B0 (víi B0 kh«ng lín l¾m).B = µB0

Trong ®ã µ lµ ®é tõ thÈm cña vËt liÖu tõ, cã gi¸ trÞ xÊp xØ 12.2. Chu tr×nh tõ trÔ cña s¾t tõ

Kh¸c víi çc chÊt thuËn tõ vµ nghÞch tõ, ®é tõ thÈm µ cña chÊt s¾t tõ cã

gi¸ trÞ rÊt lín (µ ≈ 105 ÷ 106) vµ phô thuéc m¹nh vµo ®é lín cña tõ tr− êng ngoµi(gi¸ trÞ c¶m øng tõ B0).

Mét trong nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt cña s¾t tõ lµ tÝnh tõ d− ®− îc thÓ hiÖnnh− sau:

NÕu chóng ta tiÕn hµnh tõ hãa mét lâi s¾t tõ ch− a bÞ tõ hãa lÇn nµo (hoÆc®· ®− îc khö tõ hoµn toµn nÕu tr− íc ®ã nã bÞ nhiÔm tõ) b»ng çch t¨ng ®¬n diÖugi¸ trÞ cña c¶m øng tõ ngoµi B0 (cßn cã tªn gäi lµ tõ tr− êng tõ hãa) th× gi¸ trÞ cña

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B (c¶m øng tõ cña tõ tr− êng tæng hîp trong chÊt s¾t tõ) sÏ thay ®æi theo ®o¹ncong OA (h×nh1), th− êng ®− îc gäi lµ ®− êng cong tõ hãa ban ®Çu.

Khi c¶m øng tõ cña tõ tr− êng tõ hãa t¨ng ®Õn gi¸ trÞ B0m, c¶m øng tõ B ®¹tgi¸ trÞ b·o hoµ: B kh«ng t¨ng n÷a dï cã tiÕp tôc t¨ng B 0. B©y giê ta gi¶m dÇn ®élín cña B0, c¶m øng tõ B sÏ gi¶m, nh− ng kh«ng theo ®− êng cong tõ hãa ban ®ÇuOA, mµ theo ®− êng cong ABd n»m ë phÝa trªn OA. Khi B0 = 0 th× B = Bd, tøc lµkhi kh«ng cßn tõ tr− êng bªn ngoµi th× trong lâi s¾t tõ vÉn cßn tõ tr− êng víi c¶møng tõ Bd. §ã chÝnh lµ tÝnh tõ d− cña chÊt s¾t tõ. Bd ®− îc gäi lµ c¶m øng tõ d− .Muèn khö tÝnh tõ d− cña lâi s¾t ta ph¶i ®æi chiÒu tõ tr− êng tõ hãa vµ t¨ng dÇn ®élín cña B0 (theo chiÒu ng− îc l¹i). Khi B0 = -B0k th× B = 0; tÝnh tõ d− ®· ®− îc khöhoµn toµn. B0k ®− îc gäi lµ c¶m øng tõ khö tõ. NÕu tiÕp tôc t¨ng B 0 lâi s¾t tõ sÏ bÞtõ hãa theo chiÒu ng− îc l¹i. Khi B0 = -B0m th× B = -Bm (®o¹n BdC). §iÓm C ®èixøng víi ®iÓm A qua gèc to¹ ®é.

B©y giê nÕu ta gi¶m gi¸ trÞ B0 cho ®Õn O, sau ®ã ®æi chiÒu tõ tr− êng tõ ho¸vµ t¨ng ®é lín cña B0 th× ®− êng cong tõ hãa sÏ quay vÒ ®iÓm A. Qu¸ tr×nh tõ hãasÏ xÈy ra theo ®− êng cong C - BdA n»m phÝa d− íi ®− êng cong CBdA vµ OA.

Chu tr×nh kÝn CBdA - CBdA gäi lµ chu tr×nh tõ trÔ hay ®− êng cong tõ trÔcña s¾t tõ. DiÖn tÝch giíi h¹n bëi ®− êng cong tõ trÔ tØ lÖ thuËn víi n¨ng l− îng tiªuhao ®Ó tõ ho¸ mét chu tr×nh. V× thÕ çc lâi s¾t tõ dïng lµm biÕn thÕ ®iÖn, ®éng c¬®iÖn, m¸y ph¸t ®iÖn cÇn ph¶i cã c¶m øng khö tõ nhá, chu tr×nh tõ trÔ hÑp ®Ó gi¶mhao phÝ n¨ng l− îng. Lo¹i s¾t tõ nµy cã tªn gäi lµ s¾t tõ mÒm. Ng− îc l¹i nam ch©m

vÜnh cöu ph¶i ®− îc lµm tõ lo¹i s¾t tõ cøng, lµ lo¹i s¾t tõ cã c¶m øng tõ lín, chutr×nh tõ trÔ réng, ®Ó gi÷ ®− îc tõ tÝnh l©u.

B

B0

Bd

A

-B0k-B0m

-BmC

-Bd

H×nh 1: Chu tr×nh tõ trÔ.

B0k

Bm

B0m

0

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






Khi cho dßng ®iÖn I ch¹y qua N1, tõ tr− êng tõ hãa sÏ cã c¶m øng B0 x¸c®Þnh bëi biÓu thøc:

l

I NB 1

00 µ=

Trong ®ã:N1 - sè vßng d©y

l - chiÒu dµi (chu vi) h×nh xuyÕn (lÊy gi¸ gi¸ trÞ trung b×nh).I - c− êng ®é dßng ®iÖn.

µ0 = 4π.10-7 H/m - h»ng sè tõ.Khi dßng ®iÖn I thay ®æi, c¶m øng tõ cña lâi s¾t thay ®æi theo, dÉn ®Õn

viÖc thay ®æi cña tõ th«ng ∆Φ qua cuén d©y N2. Trong N2 xuÊt hiÖn mét suÊt®iÖn ®éng c¶m øng.

SuÊt ®iÖn ®éng c¶m øng sÏ lµm chuyÓn dêi mét ®iÖn l− îng q trong m¹ch(qua ®iÖn kÕ g− ¬ng quay). Gi¸ trÞ cña q ®− îc tÝnh bëi biÓu thøc:

3

2

3 R

SN.B

R

q ∆

=∆Φ

= (1)

Trong ®ã:

- ∆B : §é biÕn thiªn cña c¶m øng tõ trong cuén N2, còng tøc lµ trong lâis¾t tõ.

- S: diÖn tÝch tiÕt diÖn cuén N2.- R3: Tæng ®iÖn trë cña m¹ch chøa ®iÖn kÕ.Çch x¸c ®Þnh q nhê ®iÖn kÕ g− ¬ng quay nh− sau:NÕu ch− a cã tõ tr− êng tõ hãa (B0 = 0) B = Bd (do lâi s¾t bÞ nhiÔm tõ tr− íc

®ã) vµ khi B0 = Bom (tr¹ng th¸i cuèi) B = Bm th× theo biÓu thøc (1) ta cã:

2

3

dm SNR

BBq −= (2)

§iÖn l− îng nµy lµm vÖt s¸ng cña ®iÖn kÕ g− ¬ng quay lÖch ®i so víi v¹chban ®Çu n0 (khi ch− a ®ãng m¹ch ®iÖn) lµ nm - n0. Ta cã:

q = k(nm - n0) (3)Víi k lµ hÖ sè tØ lÖ cña m¹ch ®iÖn kÕ.Tõ çc biÓu thøc (2) vµ (3) ta rót ra:

Bm - Bd = C(nm - n0) (4)

Víi2

3

SN

kR C = lµ h»ng sè cña thiÕt bÞ ®o.

NÕu thay ®æi chiÒu dßng ®iÖn, chiÒu cña tõ tr− êng tõ hãa còng thay ®æi.Khi B0 = -B0m, B = -Bm vÞ trÝ cña v¹ch s¸ng lµ nm ta cã:

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bm + Bd = C(n0 - nm) (5)

Tõ (4) vµ (5) dÔ dµng t×m ®− îc gi¸ trÞ cña ±Bm vµ ±Bd

Çc gi¸ trÞ trung gian cña B gi÷a ±Bd vµ ±Bm ®− îc tÝnh nh− sau:Bi = Bd + C(ni - n0) (6)

Çc sè liÖu thu ®− îc sÏ cho phÐp x©y dùng chu tr×nh tõ trÔ cña lâi s¾t tõcÇn nghiªn cøu.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t hiÖn t− îng tõ trÔ cña s¾t tõ gåm:1. Cuén d©y N1 vµ N2, 2. Nguån ®iÖn E, 3. BiÕn trë R1 vµ R2, 4. AmpekÕ A, 5.

§iÖn kÕ G. 6. §iÖn kÕ xung kÝch, hay cßn gäi lµ ®iÖn kÕ g− ¬ng quay, 7. §¶o ®iÖn D.


4.1. M¾c m¹ch ®iÖn: theo s¬ ®å h×nh 3. Çc kho¸ K1, K2 ®Ó ë vÞ trÝ ng¾t. B¸oço gi¸o viªn ®Ó kiÓm tra råi míi ®ãng ®iÖn.

G

R1 R2 DK1 K2

N1

N2

A

H×nh 3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.2. X¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ ±Bm vµ ±Bd

- §iÒu chØnh ®iÖn kÕ sao cho vÞ trÝ ban ®Çu cña vÖt s¸ng trïng víi v¹ch sè0 cña thang chia ®é.

- §ãng çc kho¸ K1 vµ K2. §iÒu chØnh biÕn trë R1 sao cho sè chØ cñaampe kÕ lµ I = Imax = 1,5A. VÞ trÝ nµy cña R1 sÏ ®− îc gi÷ nguyªn trong suèt qu¸tr×nh thÝ nghiÖm.

- §¶o m¹ch D vµi lÇn ®Ó khö tõ d− cña s¾t tõ råi dõng l¹i ë vÞ trÝ 1. Më K1 chê cho vÖt s¸ng vÒ 0 råi ®ãng l¹i. Ghi ®é lÖch nm cña vÖt s¸ng (øng víi gi¸ trÞ Bm).

- Kho¸ K1 vµ K2 ®ãng. §¶o m¹ch D vµi lÇn råi dõng ë vÞ trÝ 1. Ng¾t K1,

chuyÓn D vÒ vÞ trÝ 2, chê cho vÖt s¸ng vÒ 0. §ãng K1 l¹i, ghi ®é lÖch '

mn (øng víi

gi¸ trÞ -Bm).

4.3. X¸c ®Þnh ®o¹n ABd

- K1 vÉn ®ãng. Ng¾t K2 ®iÒu chØnh biÕn trë R2 sao cho dßng qua ampe kÕgi¶m ®i mét l− îng 0,2A (tøc chØ cßn 1,3A). §ãng kho¸ K2, ®¶o D vµi lÇn råi dõng

ë vÞ trÝ 1. Ng¾t K1 vµ K2 vµ chê vÖt s¸ng vÒ 0. §ãng K1 vµ ghi ®é lÖch n1.- TiÕn hµnh t− ¬ng tù nh− thÕ ®Ó x¸c ®Þnh ®é lÖch n2, n3, n4 ... cho ®Õn khi

dßng qua ampe kÕ chØ cßn b»ng 0,1A.

4.4. X¸c ®Þnh ®o¹n BdC

- K1 vµ R1 vÉn gi÷ nguyªn nh− ë môc 3. §ãng K2. §¶o D vµi lÇn råi dõng ëvÞ trÝ 1. Ng¾t K1, chuyÓn D vÒ vÞ trÝ 2 (®Ó ®æi chiÒu tõ tr− êng tõ ho¸). Ng¾t K2 vµ

cho vÖt s¸ng vÒ 0. §ãng K1, ghi ®é lÖch '

1n øng víi dßng qua ampe kÕ b»ng - 0,1A.

- §Ó K1 ®ãng. Ng¾t K2. §iÒu chØnh R2 t¨ng dßng ®iÖn qua ampe kÕ tõng

l− îng 0,2A. T − ¬ng tù nh− trªn ta ®− îc çc ®é lÖch ...n,n '3

'2 cho ®Õn lóc dßng qua

ampe kÕ b»ng -1,5A.

4.5. X¸c ®Þnh ®o¹n C - Bd

Çc b− íc tiÕn hµnh hoµn toµn gièng nh− ®· lµm cho ®o¹n ABd (ë môc 3).Nh− ng lóc nµy sau khi ®· khö tõ ph¶i ®Ó ®¶o m¹ch ë vÞ trÝ 2.

4.6. X¸c ®Þnh ®o¹n - BdA

Tr×nh tù tiÕn hµnh nh− khi lµm cho ®o¹n BdC nh− ng ®¶o m¹ch D ®Ó ë vÞ trÝ 2.

Sau khi ng¾t K1 th× l¹i chuyÓn D vÒ vÞ trÝ 1.Chó ý: Mçi ®iÓm cÇn x¸c ®Þnh 3 lÇn ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




ë çc ®o¹n BdC vµ - BdA khi chiÒu dßng ®iÖn thay ®æi, chiÒu lÖch cña vÖts¸ng còng thay ®æi. Do vËy, nÕu quy − íc ®é lÖch cña vÖt s¸ng vÒ bªn ph¶i cã dÊud− ¬ng (+) th× ®é lÖch cña ®é s¸ng sang tr¸i sÏ mang dÊu (-).

4.7. Ghi çc sè liÖu sau:

- Sè vßng cña cuén tõ ho¸ N1

.- Sè vßng cña cuén c¶m øng N2.- B¸n kÝnh trong cña xuyÕn R1.- B¸n kÝnh ngoµi cña xuyÕn R2.- §iÖn trë cña m¹ch ®iÖn kÕ R3.- HÖ sè cña ®iÖn kÕ g− ¬ng quay K.

B¸o ço kÕt qu¶ ®o cho gi¸o viªn. Thu dän dông cô.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t hiÖn t− îng tõ trÔ cña s¾t tõ

Líp ................................ X¸c nhËn cña gi¸o viªnKÝp ..........Nhãm ...........Hä tªn ............................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng 1

X¸c ®Þnh ®o¹n ABd N1 = ...... R1 = ...... R3 = ......N2 = ...... R2 = ...... k = ........Ii (A) ...ni (v¹ch) ...B0 (mT) ...Bi (T) ...

Çc b¶ng 2, 3, 4 x¸c ®Þnh ®o¹n BdC, C-Bd, -BdA t− ¬ng tù nh− b¶ng 1, chó ý

®Õn dÊu cña çc ®¹i l− îng.

1. TÝnh çc gi¸ trÞl

I NB 1

00 µ= vµ t− ¬ng øng lµ ±Bm, ±Bd, Bi theo çc biÓu thøc

(4), (5), (6).2. Tõ kÕt qu¶ trªn x©y dùng ®− êng cong tõ trÔ B = f(B0)


1. Tr×nh bµy hiÖn t− îng tõ d− cña s¾t tõ. Ph©n biÖt s¾t tõ cøng vµ s¾t tõ mÒm.

2. VÏ chu tr×nh tõ trÔ vµ chØ râ vÞ trÝ çc gi¸ trÞ: B 0m, Bm Bd, -Bd, -B0m, -Bm.3. Nªu ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh B0 vµ B trong bµi thÝ nghiÖm nµy.4. Nªu ý nghÜa cña ®− êng cong tõ trÔ s¾t tõ.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 5: kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng rlcsö dông dao ®éng ký ®iÖn tö


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ngkiÕn thøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng RLC dïng dao®éng ký ®iÖn tö.1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu RLC.2. BiÕt çch sö dông m¸y ph¸t ©m tÇn.3. N¾m ®− îc nh÷ng nÐt c¬ b¶n nhÊt vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña dao

®éng ký ®iÖn tö. BiÕt sö dông dao ®éng ký ®iÖn tö ®Ó thùc hiÖn mét sè phÐp ®o®¬n gi¶n.

4. BiÕt çch sö dông dao ®éng ký ®iÖn tö ®Ó quan s t d¹ng tÝn hiÖu, thùc hiÖn tænghîp hai dao ®éng ®iÒu hoµ vu«ng ph− ¬ng vµ øng dông ®Ó ®o trë kh¸ng. BiÕt södông dao ®éng ký ®iÖn tö ®Ó kh¶o s¸t çc m¹ch céng h− ëng nèi tiÕp vµ songsong.



2.1. Dao ®éng ký ®iÖn tö (Oscilloscope)

Dao ®éng ký ®iÖn tö lµ mét dông cô v¹n n¨ng dïng ®Ó quan s¸t vµ nghiªn

cøu ®é lín vµ h×nh d¹ng biÓu diÔn cña dßng ®iÖn vµ hiÖu ®iÖn thÕ trong çc m¹ch®iÖn. CÊu t¹o cña dao ®éng ký ®iÖn tö ®− îc biÓu diÔn b»ng s¬ ®å khèi trªn h×nh 1,gåm:

- Mét èng phãng ®iÖn tö (electron).- Çc m¹ch ®iÖn tö ®iÒu khiÓn tia electron.- Bé khuÕch ®¹i K§Y ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÖn tr− íc khi ®Æt vµo hai

b¶n cùc n»m ngang.- Bé khuÕch ®¹i K§X ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÖn tr− íc khi ®Æt vµo hai

b¶n cùc th¼ng ®øng trong èng phãng ®iÖn tö.

- Bé ph¸t tÝn hiÖu r¨ng c− a Q - X ®Ó quÐt chïm tia electron.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- Bé nguån cung cÊp ®iÖn ¸p thÊp mét chiÒu cho çc m¹ch ®iÖn tö vµcung cÊp ®iÖn ¸p cao cho anot vµ çc ®iÖn cùc cña èng phãng ®iÖn tö.

èng phãng ®iÖn tö lµ mét èng thñy tinh kÝn hót ch©n kh«ng cao (10 -6

mmHg), bªn trong èng cã çc ®iÖn cùc. Katot K ®− îc nung nãng nhê mét d©y®iÖn trë FF vµ ph¸t x¹ çc electron. Gi÷a çc anot A1, A2 vµ katot K cã hiÖu ®iÖnthÕ cì 1000V, nhê ®ã çc electron ph¸t ra tõ katot ®− îc t¨ng tèc vµ bay ®Õn ®Ëpvµo mµn h×nh M (phñ líp huúnh quang), lµm mµn h×nh ph¸t s¸ng t¹i ®iÓmelectron ®Ëp vµo. Mét èng trô kim lo¹i G bao quanh katot K gäi lµ l− íi ®iÒukhiÓn, cã ®iÖn thÕ ©m so víi katot nªn cã t¸c dông lµm gi¶m sè electron ®i quanã, do ®ã lµm gi¶m c− êng ®é s¸ng trªn mµn huúnh quang. Anot A2 cã ®iÖn thÕ

cao h¬n A1 dïng ®Ó gia tèc vµ héi tô chïm tia electron. Sau khi ra khái anot A 2 chïm tia electron bay vµo kho¶ng gi÷a hai cÆp b¶n cùc kim lo¹i Y1Y2 vµ X1X2.NÕu gi÷a mçi cÆp b¶n cùc X1X2 hoÆc Y1Y2 cã mét hiÖu ®iÖn thÕ th× ®iÖn tr− ênggi÷a chóng sÏ lµm cho chïm tia electron bÞ lÖch khái ph− ¬ng truyÒn th¼ng.

Gi¶ sö chïm tia electron bÞ lÖch ®i mét kho¶ng x theo ph− ¬ng ngang trªnmµn h×nh M khi ®Æt hiÖu ®iÖn thÕ Ux gi÷a hai b¶n cùc X1X2 vµ bÞ lÖch ®i métkho¶ng y theo ph− ¬ng th¼ng ®øng khi ®Æt hiÖu ®iÖn thÕ Uy gi÷a hai b¶n cùc Y1Y2.Theo ®Þnh nghÜa çc ®¹i l− îng:

x

xU

x=α vµ

y

yU

y=α (1)

gäi lµ ®é nh¹y cña èng phãng ®iÖn tö theo chiÒu ngang vµ theo chiÒu däc ®èi víiçc hiÖu ®iÖn thÕ t− ¬ng øng Ux vµ Uy (tÝnh theo ®é chia/v«n)

H×nh 1

K§Y

K§X

Y

XY1

Y2

X1

X2 M

A1 A2G K

-+

§iÖn ¸pthÊp

§iÖn ¸pcao

Bé nguån

Q - X

K

1 2

~220V

FF

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Çc electron chuyÓn ®éng trong èng phãng víi vËn tèc rÊt lín (cì 107 m/s)nªn cã thÓ xem nh− chóng truyÒn tíi ®Ëp tøc thêi vµo mµn h×nh M vµ èng phãng®iÖn tö thùc tÕ lµ mét dông cô kh«ng cã qu¸n tÝnh. V× thÕ ng− êi ta ®· chÕ t¹o raçc dao ®éng ký ®iÖn tö ho¹t ®éng trong mét d¶i tÇn sè (0 - 100 MHz). VÞ trÝ cñaçc vÖt s¸ng trªn mµn h×nh M lµ kÕt qu¶ chuyÓn ®éng tæng hîp cña hai chuyÓn®éng thµnh phÇn vu«ng gãc víi nhau cña chïm tia electron d− íi t¸c dông ®ång

thêi cña çc hiÖu ®iÖn thÕ Ux vµ Uy ®Æt vµo çc cÆp cùc X1X2 vµ Y1Y2.

2.2. Ph− ¬ng ph¸p quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu (sù biÕn thiªn theo thêi gian cña

hiÖu ®iÖn thÕ hay dßng ®iÖn)

a. §Æt lªn hai b¶n cùc Y1Y2 (thùc tÕ lµ ®Æt lªn lèi vµo kªnh Y cña bé khuÕch ®¹iK§Y) mét hiÖu ®iÖn thÕ xoay chiÒu cÇn nghiªn cøu:

Uy = U0ycosωt (2)D− íi t¸c dông cña dßng ®iÖn nµy, chÊm s¸ng trªn mµn h×nh M cña èng

phãng ®iÖn tö thùc hiÖn dao ®éng. Do qu¸n tÝnh s¸ng cña mµn h×nh vµ kh¶ n¨ng

l− u ¶nh cña m¾t, ta nh×n thÊy mét vÖt s¸ng th¼ng ®øng cè ®Þnh trªn mµn h×nh M.§é dµi cña vÖt s¸ng nµy tØ lÖ víi biªn ®é U0y:

y = Kαy2U0y = Ky2U0y (3)

trong ®ã K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé K§Y vµ ®¹i l− îng Ky = Kαy lµ ®é nh¹ytheo chiÒu däc cña dao ®éng ký ®iÖn tö hay cßn gäi lµ hÖ sè truyÒn kªnh Y.

T − ¬ng tù nÕu ta ®Æt lªn lèi vµo kªnh X cña bé khuÕch ®¹i K§X mét hiÖu®iÖn thÕ xoay chiÒu:

Ux = U0xcosωt (4)th× trªn mµn h×nh M l¹i xuÊt hiÖn mét vÖt s¸ng n»m ngang cè ®Þnh cã ®é dµi:

x = Kαx2U0x = Kx2U0x (5)trong ®ã K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé K§X vµ ®¹i l− îng Kx = Kαx lµ ®é nh¹ytheo chiÒu ngang cña dao ®éng ký ®iÖn tö hay cßn gäi lµ hÖ sè truyÒn kªnh X.b. B©y giê ta ®Æt ®ång thêi lªn hai b¶n cùc Y1Y2 mét hiÖu ®iÖn thÕ xoay chiÒu cãd¹ng (2) vµ hai b¶n cùc X1X2 mét hiÖu ®iÖn thÕ t¨ng tuyÕn tÝnh theo thêi gian tvíi hÖ sè tØ lÖ a kh«ng ®æi:

Ux = at (6)khi ®ã vÖt s¸ng trªn mµn M thÓ hiÖn chuyÓn ®éng tæng hîp cña hai chuyÓn ®éngvu«ng gãc:

x = KxUx = Kxat (7)y = KyUy = KyU0ycosωt = KyU0ycos

aK

x

x

ω (8)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Nh− vËy chïm tia electron sÏ vÏ lªn trªn mµn h×nh M mét tÝn hiÖu y = y(x)hoµn toµn ®ång d¹ng víi tÝn hiÖu (2) cÇn nghiªn cøu.

Trong dao ®éng ký ®iÖn tö, ®Ó thùc hiÖn viÖc quÐt ngang chïm tia electronng− êi ta dïng bé ph¸t tÝn hiÖu r¨ng c− a Q - X t¹o ra mét hiÖu ®iÖn thÕ Ux = att¨ng tuyÕn tÝnh theo thêi gian ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i Umax x¸c ®Þnh, råi l¹i gi¶m nhanhvÒ gi¸ trÞ lóc ®Çu U0 (h×nh 2a). Khi ®Æt tÝn hiÖu Ux nãi trªn lªn hai b¶n cùc X1X2,

chÊm s¸ng trªn mµn h×nh M sÏ dÞch chuyÓn ngang vµ quÐt tõ tr¸i sang ph¶i víivËn tèc kh«ng ®æi, ®¹t ®é lÖch cùc ®¹i nµo ®ã råi nhanh chãng trë l¹i vÞ trÝ lóc®Çu. Qu¸ tr×nh nµy tiÕp diÔn tuÇn hoµn víi chu kú quÐt T q vµ tÇn sè quÐt f:

qT

1f = (9)

- NÕu T q = T, víi T lµ chu kú cña tÝn hiÖu cÇn nghiªn cøu, th× ta sÏ quans¸t thÊy trªn mµn h×nh M mét dao ®éng toµn phÇn (h×nh 3a).

- NÕu T q = nT víi n lµ sè nguyªn, trªn mµn h×nh M xuÊt hiÖn n dao ®éngtoµn phÇn (h×nh 3b).

- NÕu T q ≠ nT th× trªn mµn h×nh M xuÊt hiÖn mét h×nh cã d¹ng phøc t¹phoÆc çc ®− êng cong lu«n dÞch chuyÓn (h×nh 3c).

H×nh 2

0

U0

Umax

t

T 2T

Ux(t)

t

T 1 T 20

Ux(t)(a) (b)

H×nh 3

a b c

T q = T T q = nT T q = (3/2)T

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




§Ó gi÷ cho h×nh æn ®Þnh, ng− êi ta bè trÝ mét nóm ®iÒu chØnh thay ®æi tÇnsè quÐt ngang ngay trªn mÆt m¸y. Khi vÆn nóm nµy, gi¸ trÞ U 0 vµ Umax cña tÝnhiÖu r¨ng c− a kh«ng thay ®æi, nh− ng tèc ®é quÐt thay ®æi, do ®ã chu k× quÐt T q vµ®é dèc cña ®å thÞ Ux(t) thay ®æi (h×nh 2b). NÕu ®iÒu chØnh nóm nµy ®Ó T q = nT, tathu ®− îc n dao ®éng toµn phÇn æn ®Þnh trªn mµn M. B»ng çch so s¸nh nã víimét tÝn hiÖu chuÈn cã biªn ®é vµ chu k× ®· biÕt, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®− îc biªn ®é

vµ chu k× cña tÝn hiÖu cÇn nghiªn cøu.

2.3. Ph− ¬ng ph¸p quan s¸t dao ®éng tæng hîp cña hai dao ®éng vu«ng gãc

NÕu ®Æt lªn hai b¶n cùc X1X2 mét hiÖu ®iÖn thÕ Ux = U0xcosωt vµ ®Æt lªn

hai b¶n cùc Y1Y2 mét hiÖu ®iÖn thÕ Uy = U0ycos(ωyt + ϕ) vÖt s¸ng trªn mµn h×nhM sÏ thùc hiÖn ®ång thêi hai dao ®éng vu«ng gãc:

x = KxUx = x0cosωt

y = KyUy = y0cos(ωyt + ϕ)

- Khi ωy = nω (víi n nguyªn), chïm tia electron sÏ vÏ lªn mµn h×nh M çcquü ®¹o cña çc ®− êng Lissajou.

- Khi ωy = ω (n = 1), chïm tia electron sÏ vÏ trªn mµn M çc quü ®¹o ® − îcx¸c ®Þnh bëi ph− ¬ng tr×nh:

ϕ=ϕ−+ 2

00

2

0

2

0

sincosyx

xy2)

y

y()

x

x( (10)

Tïy thuéc vµo ®é lÖch pha φ, quü ®¹o sÏ lµ mét ®− êng th¼ng hay elip (h×nh 4)

- Khi ϕ = 0 vµ ϕ = π: quü ®¹o lµ mét ®− êng th¼ng (h×nh 4a, 4e).

H×nh 4

a

ϕ = 0

b

ϕ = π /4

c

ϕ = ±π /2

d

ϕ = 3π /4

e

ϕ = π

f

ϕ = ±π /2

U0x = U0y

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- Khi ϕ = ±π /2: quü ®¹o lµ mét ®− êng elip vu«ng (cã trôc trïng víi trôctäa ®é Ox, Oy) (h×nh 4c). §Æc biÖt trong tr− êng hîp nµy nÕu U0x = U0y th× quü ®¹o sÏ lµ mét ®− êng trßn (h×nh 4f).

- Khi ϕ cã gi¸ trÞ bÊt k×: quü ®¹o lµ ®− êng elip xiªn (h×nh 4b, 4d).

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng RLC sö dông dao ®éng kÝ ®iÖntö (h×nh 5) gåm:1. Dao ®éng kÝ ®iÖn tö mét tia (J2459 hoÆc t− ¬ng ®− ¬ng), 2. M¸y ph¸t tÇn sè GF

597, 3. B¶ng l¾p r¸p m¹ch ®iÖn, 4. Hép ®iÖn trë mÉu 0 - 9999,9Ω, 5. Tô ®iÖn Cx,6. §iÖn trë Rx, 7. Cuén c¶m Lx, 8. Bé d©y nèi m¹ch ®iÖn cã hai ®Çu cèt (8 d©y).


4.1. T×m hiÓu çch sö dông dao ®éng kÝ ®iÖn tö kiÓu J2459

MÆt tr− íc cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö kiÓu J2459 ®− îc vÏ trªn h×nh 6, gåm:1 - Nóm ®iÒu chØnh c− êng ®é vÖt s¸ng trªn mµn h×nh M.2,3 - Nóm ®iÒu chØnh ®é héi tô cña chïm tia electron.

4,5 - §Ìn b¸o hiÖu vµ c«ng t¾c nguån ®iÖn.6 - Nóm ®iÒu chØnh vÞ trÝ vÖt s¸ng theo chiÒu ®øng (Y).7 - Nóm ®iÒu chØnh liªn tôc hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i K§Y.

H×nh 5: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng RLCsö dông dao ®éng kÝ ®iÖn tö

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




8 - Bé chia ®iÖn ¸p Uy (gi¶m 10 lÇn/ nÊc) ë lèi vµo Y cña bé khuÕch ®¹iK§Y.9 - Nóm ®iÒu chØnh vÞ trÝ vÖt s¸ng theo chiÒu ngang (X).10 - Nóm ®iÒu chØnh liªn tôc hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i K§X.11 - Nóm ®iÒu chØnh chu k× quÐt ngang T q.12 - Bé chia chu k× quÐt ngang (gi¶m 10 lÇn/ nÊc).

13 - Nóm chuyÓn m¹ch ®¶o pha tÝn hiÖu ®Æt vµo hai b¶n Y1Y2.14 - Lèi vµo X cña bé khuÕch ®¹i K§X.15 - §iÓm nèi chung.16 - Lèi vµo Y cña bé khuÕch ®¹i K§Y.17 - Nóm çch ly vµ kh«ng çch ly (AC - DC) ®èi víi thµnh phÇn mét chiÒucña tÝn hiÖu ®− a vµo bé khuÕch ®¹i K§Y.18 - Mµn h×nh cña èng phãng ®iÖn tö cã chia ®é theo hai trôc Ox vµ Oy.

H×nh 6

1

10100

1000

~ 10

1001K

100K

x

K§Y K§X

1

2

3

4

5

18

8 12

6

7

9

1011

DC AC Y X

17 16 15 14 13

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.2. T×m hiÓu çch sö dông m¸y ph¸t tÝn hiÖu

MÆt tr− íc cña m¸y ph¸t tÝn hiÖu ®− îc vÏ trªn h×nh 7, gåm:1 - C«ng t¾c K (®− a ®iÖn ~220V vµo m¸y).2 - §Ìn b¸o hiÖu LED.3 - Nóm chän tÇn sè m¸y ph¸t.

4 - Nóm chuyÓn m¹ch chän thang S cña tÇn sè ×10, ×102, ×103.5 - Nóm ®iÒu chØnh biªn ®é ®iÖn ¸p ra xoay chiÒu.6 - §ång hå chØ thÞ biªn ®é ®iÖn ¸p ra xoay chiÒu.7 - Lèi ra cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin U1 (biªn ®é cùc ®¹i 10 Vpp).8 - Lèi ra cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin U2 (biªn ®é cùc ®¹i 1 Vpp).9 - Lèi ra cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu xung vu«ng U3 (biªn ®é cùc ®¹i 5 Vpp).

4.3. ChuÈn hÖ sè truyÒn kªnh Y (bé khuÕch ®¹i Y)

1. Sau khi t×m hiÓu n¾m v÷ng vÞ trÝ çc nóm trªn mÆt m¸y (h×nh 6 vµ h×nh 7) vµ®− îc çn bé h− íng dÉn gi¶i thÝch, c¾m phÝch lÊy ®iÖn cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö vµ

m¸y ph¸t tÝn hiÖu vµo nguån ®iÖn ~220V.2. BËt c«ng t¾c 5 cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö (h×nh 6): ®Ìn b¸o hiÖu 4 ph¸t s¸ng. VÆnnóm chuyÓn m¹ch 8 vÒ vÞ trÝ tËn cïng bªn ph¶i cã kÝ hiÖu cña tÝn hiÖu chuÈn. Lèi

H×nh 7

RC – generator GF - 957

01

2

S

×10×100

×1K

0123

4 5 6789

10

Amplitude

F KU1

10Vpp

500Ω

U2 1Vpp

50Ω

U3 5Vpp

500Ω

6

5

9

8

2

7

4

3

1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




vµo Y cña bé khuÕch ®¹i K§Y sÏ tù ®éng nèi víi tÝn hiÖu chuÈn (cã biªn ®é ®·biÕt)3. VÆn nóm 7 cña bé khuÕch ®¹i K§Y vÒ vÞ trÝ cùc ®¹i ®Ó biªn ®é tÝn hiÖu chuÈnchiÕm gÇn hÕt mµn h×nh cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö.4. VÆn nóm chuyÓn m¹ch 12 vÒ vÞ trÝ “10” hoÆc “100”. Phèi hîp ®iÒu chØnh ®ÓhiÓu râ t¸c dông cña çc nóm 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10, 11 vµ vÏ ra trªn mµn h×nh 18 tÝn

hiÖu chuÈn s¸ng râ vµ s¾c nÐt n»m ®èi xøng víi çc trôc täa ®é Ox, Oy ë gi÷amµn h×nh M.5. §iÒu chØnh nóm 7 cña bé khuÕch ®¹i K§Y ®Ó mçi ®é chia (1cm) øng víi50mV.

Nh− vËy ta ®· ®iÒu chØnh hÖ sè truyÒn kªnh Y ë vÞ trÝ 1 cña chuyÓn m¹ch 8vµ b»ng:

βy = 0,05 V/®é chia

ë çc vÞ trÝ kh¸c cña chuyÓn m¹ch 8, hÖ sè truyÒn kªnh Y sÏ t¨ng lªn 10,100, 1000 lÇn so víi ë vÞ trÝ 1, tøc lµ:

βy = 0,5, 5, 50 V/ ®é chiaVÏ tÝn hiÖu chuÈn sau khi ®· ®iÒu chØnh xong hÖ sè truyÒn kªnh Y trªn

giÊy milimet.

4.4. Kh¶o s¸t tæng hîp hai dao ®éng vu«ng gãc - ®o trë kh¸ng b»ng dao

®éng kÝ ®iÖn tö

4.4.1. Tæng hîp hai dao ®éng vu«ng gãc, cïng tÇn sè

a. M¾c m¹ch cÇn ®o ABC gåm ®iÖntrë thuÇn R0 (chän trªn hép ®iÖn trë

mÉu thËp ph©n 0 ÷ 9999,9Ω) nèi tiÕpvíi phÇn tö cã trë kh¸ng Zx (hoÆc lµ®iÖn trë thuÇn Rx, hoÆc lµ tô ®iÖn Cx,hoÆc lµ cuén c¶m Lx) nh− h×nh 8.b. §Æt vµo hai ®Çu m¹ch AB mét ®iÖn¸p xoay chiÒu h×nh sin U1 lÊy tõ m¸yph¸t tÇn sè GF - 579 (h×nh 7) . BÊmc«ng t¾c ®iÖn K, ®Ìn LED ph¸t s¸ng.VÆn nóm 5 ®Ó kim cña ®ång hå 6 chØthÞ møc ®iÖn ¸p ra xoay chiÒu U

1 ®¹t

gi¸ trÞ thÝch hîp nµo ®ã H×nh 8

U1

~

A

B

C

Rx

R0

X1 X2

Y1

Y2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




c. HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu ®iÖn trë mÉu R0 ®− îc ®− a vµo hai b¶n cùc X1X2 cñadao ®éng kÝ ®iÖn tö J2459 qua bé khuÕch ®¹i K§X, cßn hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai®Çu trë kh¸ng Zx ®− îc ®− a vµo hai b¶n cùc Y1Y2 qua bé khuÕch ®¹i K§Y. Tïytheo tÝnh chÊt cña phÇn tö trë kh¸ng Zx, ta sÏ thu ®− îc trªn mµn h×nh cña dao®éng kÝ ®iÖn tö çc dao ®éng tæng hîp cã d¹ng nh− h×nh 4.d. ChuÈn hai kªnh X vµ Y cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö ®Ó chóng cã cïng ®é nh¹y (tøc

lµ cã hÖ sè truyÒn kªnh nh− nhau): §− a mét dao ®éng ®iÖn ®ång thêi vµo c¶ haikªnh X - Y b»ng çch nèi ®Çu X (nót 14) vµ ®Çu Y (nót 16) cña dao ®éng kÝ ®iÖntö J2459 víi ®iÓm A trªn b¶ng m¹ch ®iÖn, ®Æt nóm 8 cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö ë vÞtrÝ 10, nóm 12 ë vÞ trÝ X. Chän dao ®éng ®iÖn cã tÇn sè x¸c ®Þnh trong kho¶ng f =

500 ÷ 1000Hz lÊy tõ m¸y ph¸t tÇn sè GF - 597. Trªn mµn h×nh dao ®éng kÝ ®iÖntö xuÊt hiÖn mét ®o¹n s¸ng th¼ng .

VÆn nóm 7 cña bé khuÕch ®¹i K§Y vÒ vÞ trÝ tËn cïng bªn ph¶i. §iÒu chØnhnóm 10 cña khuÕch ®¹i K§X ®Ó ®o¹n th¼ng s¸ng nghiªng 450 so víi çc trôc täa®é. Khi ®ã hai kªnh X vµ Y cã ®é nh¹y b»ng nhau, nghÜa lµ:

Kx = Ky (11)1.5. Gi÷ nguyªn çc vÞ trÝ cña nóm 7 (bé khuÕch ®¹i K§Y) vµ nóm 10 (bé khuÕch®¹i K§X) trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm tiÕp theo d− íi ®©y.1.6. ChuyÓn ®Çu nèi X (nót 14) vÒ ®iÓm B trªn b¶ng m¹ch ®iÖn.

4.4.2. §o ®iÖn trë Rx

a. Nèi ®iÖn trë Rx gi÷a hai ®iÓm A, C theo h×nh 8. Chän dao ®éng ®iÖn cã tÇn sè

x¸c ®Þnh trong kho¶ng f = 200 ÷ 1000Hz lÊy tõ m¸y ph¸t tÇn sè GF - 597. V× hiÖu®iÖn thÕ vµ dßng ®iÖn ch¹y qua ®iÖn trë thuÇn Rx lu«n ®ång pha nªn trªn mµn

h×nh cña dao ®éng kÝ ®iÖn tö xuÊt hiÖn mét ®o¹n th¼ng s¸ng .b. §iÒu chØnh ®iÖn trë R0 cña hép ®iÖn trë mÉu thËp ph©n tíi khi thu ®− îc mét®− êng th¼ng nghiªng gãc 450 so víi çc trôc täa ®é. Khi ®ã biªn ®é URx = UR0 vµta cã:

Rx = R0 (12)Thùc hiÖn ®éng t¸c nµy 3 lÇn, ghi çc gi¸ trÞ t×m ®− îc cña R0 vµo b¶ng 2.

4.4.3. §o dung kh¸ng ZC vµ ®iÖn dung Cx cña tô ®iÖn

a. M¾c tô ®iÖn Cx gi÷a hai ®iÓm A, C theo h×nh 8, chän R0 kho¶ng 1000Ω. Chändao ®éng ®iÖn cã tÇn sè x¸c ®Þnh f = 1000 Hz lÊy tõ m¸y ph¸t tÇn sè GF - 597. V×dßng ®iÖn ch¹y qua tô sím pha π /2 so víi hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu cña nã nªntrªn mµn h×nh dao ®éng kÝ ®iÖn tö xuÊt hiÖn mét elip vu«ng .

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b. §iÒu chØnh ®iÖn trë R0 cña hép ®iÖn trë mÉu thËp ph©n tíi khi elip vu«ng trëthµnh ® − êng trßn. Khi ®ã biªn ®é UC = UR0 vµ ta cã:

0

x

C R fC2

1Z =

π= (13)

Suy ra ®iÖn dung cña tô ®iÖn:

0

xfR 2

1C π= (14)

Thùc hiÖn ®éng t¸c nµy 3 lÇn, ghi gi¸ trÞ cña tÇn sè f vµ çc gi¸ trÞ t×m®− îc cña ®iÖn trë R0 vµo b¶ng 3 (còng cã thÓ thùc hiÖn phÐp ®o ZC vµ Cx b»ngçch chän gi¸ trÞ x¸c ®Þnh cña ®iÖn trë R0 vµ ®iÒu chØnh tÇn sè f cña dao ®éng®iÖn lÊy tõ m¸y ph¸t tÇn sè GF 597).

4.4.4. §o c¶m kh¸ng ZL vµ ®iÖn c¶m Lx cña cuén d©y dÉn kh«ng cã lâi s¾t

ferit

a. M¾c cuén d©y kh«ng cã lâi s¾t gi÷a hai ®iÓm A, C theo h×nh 8, chän R0 kho¶ng

500Ω. Dao ®éng ®iÖn cã tÇn sè x¸c ®Þnh f = 20 kHz lÊy tõ m¸y ph¸t tÇn sè GF -597. V× dßng ®iÖn ch¹y qua cuén c¶m chËm pha π /2 so víi hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai®Çu cña nã nªn nÕu ®iÖn trë thuÇn r0 cña cuén c¶m rÊt nhá so víi trë kh¸ng ZL cña nã th× trªn mµn h×nh cña dao ®éng ký ®iÖn tö xuÊt hiÖn mét elip vu«ng .b. §iÒu chØnh ®iÖn trë R0 cña hép ®iÖn trë mÉu thËp ph©n tíi khi elip vu«ng trëthµnh ®− êng trßn. Khi ®ã UL = UR0 vµ ta cã:

ZL =2πfLx = R0 (15)Suy ra ®iÖn c¶m Lx cña cuén d©y dÉn kh«ng cã lâi s¾t:

f 2

R L 0

x

π= (16)

Thùc hiÖn ®éng t¸c nµy 3 lÇn. Ghi gi¸ trÞ cña tÇn sè f vµ gi¸ trÞ t×m ®− îccña ®iÖn trë R0 vµo b¶ng 4 (còng cã thÓ thùc hiÖn phÐp ®o ZL vµ Lx b»ng çchchän gi¸ trÞ x¸c ®Þnh cña ®iÖn trë R0 = 2000Ω vµ ®iÒu chØnh tÇn sè f cña dao ®éng®iÖn lÊy tõ m¸y ph¸t GF - 597).

4.5. Kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng RLC

4.5.1. M¹ch céng h− ëng RLC nèi tiÕp

a. M¾c m¹ch cÇn ®o ACDB gåm tô ®iÖn Cx m¾c nèi tiÕp víi cuén c¶m Lx vµ ®iÖn

trë thuÇn R0 (chän trªn hép ®iÖn trë mÉu thËp ph©n) nh− h×nh 9.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM







kh¶o s¸t m¹ch céng h− ëng RLCsö dông dao ®éng ký ®iÖn tö

X¸c nhËn cña gi¸o viªn

Líp ....................................KÝp ...............Nhãm ..........Hä tªn.................................


...............................................................................................................................

...............................................................................................................................


5.1. VÏ tÝn hiÖu chuÈn cña dao ®éng ký ®iÖn tö

B¶ng 1Xy

5.2. X¸c ®Þnh ®iÖn trë thuÇn Rx

B¶ng 2

LÇn ®o f (Hz) i0R (Ω)xiR (Ω) xiR ∆ (Ω)

i = 1...3

TB × × ...R x = ...R x =∆

5.3. X¸c ®Þnh dung kh¸ng ZC vµ ®iÖn dung Cx

B¶ng 3

LÇn ®o f (Hz) ZCi = R0i (Ω) ∆ZCi (Ω)i = 1...

3TB × ...ZC = ...ZC =∆

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




)F...(...CCC

)F...(...CC

)F...(...Zf 2

1C

......Z

Z

f

f

C

C

xxx

xx

C

x

C

C

x

x

±=∆±=

==ε=∆

==π

=

==∆

+∆

+ππ∆

=∆

=ε

5.4. X¸c ®Þnh c¶m kh¸ng ZL vµ ®iÖn c¶m Lx cña cuén d©y dÉn kh«ng lâi s¾t

B¶ng 4

LÇn ®o f (Hz) ZLi= R0i (Ω) ∆ZLi (Ω)i = 1...

3

TB × ...ZL = ...ZL =∆

)H...(...LLL

)H...(...LL

)H...(...f 2

ZL

......Z

Z

f

f

L

L

xxx

xx

Lx

L

L

x

x

±=∆±=

==ε=∆

==π

=

==∆+∆+ππ∆=∆=ε

5.5. X¸c ®Þnh tÇn sè céng h− ëng f ch

B¶ng 5

M¹ch RLC nèi tiÕp M¹ch RLC song songLÇn ®o

ichf (Hz) ichf ∆ (Hz) '

ichf (Hz) '

ichf ∆ (Hz)

i = 1...3

TB ...f ch = ...f ch =∆ ...f 'ch = ...f 'ch =∆

Chó ý :

- So s¸nh gi¸ trÞ cña çc tÇn sè céng h− ëng chf vµ '

chf .

- Gi¶i thÝch kÕt qu¶.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- X¸c ®Þnh tÇn sè dao ®éng riªng cña m¹ch LC tõ çc gi¸ trÞ xx L,C tÝnh

®− îc ë phÇn 5.3, 5.4, so s¸nh víi kÕt qu¶ ®o chf vµ '

chf ë phÇn 5.5, ®− a ra

nhËn xÐt. - Nªu ®iÓm kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a hai m¹ch LC nèi tiÕp vµ song song khi

céng h− ëng, cã thÓ ph¸t hiÖn trong khi ®o chf , '

chf cña hai m¹ch nµy.


1. M« t¶ cÊu t¹o vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña dao ®éng ký ®iÖn tö. §Þnh nghÜa ®énh¹y cña èng phãng ®iÖn tö. T¹i sao cã thÓ coi dao ®éng ký ®iÖn tö lµ dông côkh«ng qu¸n tÝnh.2. NÕu ®iÖn ¸p xoay chiÒu chØ ®Æt vµo hai b¶n cùc Y1Y2 hoÆc X1X2 th× chïm tia®iÖn tö tíi ®Ëp vµo mµn h×nh cña dao ®éng ký ®iÖn tö sÏ v¹ch nªn mét ®− êngth¼ng hay ®− êng cong?

3. M« t¶ ph−

¬ng ph¸p quan s¸t quü ®¹o tæng hîp cña hai dao ®éng vu«ng gãcb»ng dao ®éng ký ®iÖn tö.4. Nãi râ t¸c dông cña çc nóm ®iÒu chØnh bè trÝ trªn mÆt m¸y cña dao ®éng ký®iÖn tö J2459 (h×nh 5) vµ cña m¸y ph¸t tÇn sè GF - 597 (h×nh 6).5. Tr×nh bµy çch chuÈn hÖ sè truyÒn kªnh Y vµ çch ®o biªn ®é ®iÖn ¸p ra cñam¸y ph¸t tÇn sè.6. M« t¶ ph− ¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë thuÇn Rx, ®iÖn dung Cx vµ ®iÖn c¶m Lx b»ngdao ®éng ký ®iÖn tö vµ m¸y ph¸t tÇn sè.7. Nªu râ ®iÒu kiÖn céng h− ëng trong m¹ch RLC. T¹i sao khi x¶y ra hiÖn t− îngcéng h− ëng trong m¹ch RLC th× d¹ng ®− êng elip xiªn quan s¸t thÊy trªn mµn

h×nh cña dao ®éng ký ®iÖn tö l¹i biÕn ®æi thµnh mét ®− êng th¼ng?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 6: X¸c ®Þnh ®iÖn trë vµ ®iÖn dungb»ng m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ngkiÕn thøc vÒ sù phãng n¹p cña m¹ch ®iÖn RC dïng ®Ìn neon vµ kü n¨ng thùcnghiÖm sö dông qu¸ tr×nh phãng n¹p nµy ®Ó x¸c ®Þnh trÞ sè cña ®iÖn trë vµ ®iÖndung cña tô ®iÖn.1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ qu¸ tr×nh phãng n¹p x¶y ra ®èi víi m¹ch RC.2. N¾m ®− îc nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch sö dông m¸y

®o thêi gian.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh trÞ sè cña ®iÖn trë vµ ®iÖn dung cña tô

®iÖn sö dông m¹ch tÝch phãng dïng ®Ìn neon.4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


M¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon lµ mét m¹ch dao ®éng ®iÖn ®¬ngi¶n (h×nh 1) gåm: ®Ìn neon Ne (lµ mét bãng thuû tinh nhá, bªn trong ®− îc hótch©n kh«ng ®Õn cì 10mmHg vµ cã hai ®iÖn cùc kim lo¹i A vµ K ®Æt çch nhau 2

÷ 3mm), ®iÖn trë b¶o vÖ m¹ch ®iÖn R cã gi¸ trÞ cì mªga«m (MΩ) m¾c nèi tiÕp

víi ®Ìn neon Ne, tô ®iÖn cã ®iÖn dung C cã gi¸ trÞ cì micr«fara (µF) m¾c song

song víi ®Ìn neon Ne, nguån ®iÖn kh«ng ®æi cã hiÖu ®iÖn thÕ U n.

Ne

E2EE1

SLRP

Un

+

-C

H×nh 1

UC

US

UT

01t

'

1t 2t '

2t 3t '

3t t

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




§Çu tiªn, tô ®iÖn C tÝch ®iÖn tõ nguån ®iÖn Un. HiÖu ®iÖn thÕ U gi÷a haicùc cña tô ®iÖn C t¨ng dÇn tõ 0 ®Õn gi¸ trÞ U s. Khi U = Us: ®Ìn neon Ne bõngs¸ng (nã trë thµnh vËt dÉn ®iÖn cã ®iÖn trë kh¸ nhá, nh− ng do cã ®iÖn trë R cìmªga«m m¾c nèi tiÕp víi nã, nªn c− êng ®é dßng ®iÖn trong m¹ch nhá chØ ®¹tkho¶ng chôc micr«ampe). Tô ®iÖn C phãng ®iÖn qua ®Ìn neon Ne vµ hiÖu ®iÖnthÕ U gi÷a hai cùc cña nã gi¶m rÊt nhanh tõ U s xuèng tíi gi¸ trÞ UT . Khi U = UT :

®Ìn neon Ne vôt t¾t vµ trë thµnh vËt çch ®iÖn. Tô ®iÖn C kh«ng phãng ®iÖn n÷a,mµ l¹i tÝch ®iÖn tõ nguån ®iÖn Un vµ hiÖu ®iÖn thÕ U gi÷a hai cùc cña nã l¹i t¨ngdÇn tõ UT ®Õn gi¸ trÞ Us. Khi U = Us: ®Ìn neon Ne l¹i bõng s¸ng. TiÕp sau ®ã,toµn bé qu¸ tr×nh tÝch ®iÖn vµ phãng ®iÖn cña ®Ìn neon Ne nãi trªn l¹i ®− îc lÆpl¹i tuÇn hoµn theo thêi gian vµ gäi lµ dao ®éng tÝch phãng. Sù biÕn thiªn cña hiÖu®iÖn thÕ U gi÷a hai cùc cña tô ®iÖn C trong m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìnneon ®− îc biÓu diÔn trªn h×nh 2. Gi¸ trÞ Us gäi lµ hiÖu ®iÖn thÕ s¸ng vµ gi¸ trÞ UT

gäi lµ hiÖu ®iÖn thÕ t¾t. Chu kú τ cña dao ®éng tÝch phãng b»ng kho¶ng thêi gian

gi÷a hai lÇn bõng s¸ng liªn tiÕp cña ®Ìn neon Ne trong m¹ch ®iÖn: τ = t2 - t1.

Cã thÓ t×m biÓu thøc chu kú τ cña dao ®éng tÝch phãng b»ng çch ¸p dông®Þnh luËt ¤m ®èi víi m¹ch ®iÖn trªn h×nh 1, ta cã:

R

UUi n −= (1)

víi i lµ c− êng ®é dßng ®iÖn ch¹y trong m¹ch khi tô ®iÖn ®ang tÝch ®iÖn tõ nguån®iÖn Un. Sau kho¶ng thêi gian rÊt nhá dt, ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn t¨ng thªm métl− îng b»ng:

dq = idt (2)Nh− ng ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn q = CU, víi C lµ ®iÖn dung cña tô ®iÖn, nªn suy ra:

dq=CdU (3)Thay (1) vµ (3) vµo (2), ta suy ra:

dtR

UUCdU n −=

hayUU

dURCdt

n −= (4)

Thùc tÕ, v× tô ®iÖn C phãng ®iÖn rÊt nhanh (gÇn nh− tøc thêi) nªn cã thÓ

coi gÇn ®óng: '

12 tt −≈τ , víi '

1t lµ thêi ®iÓm tô ®iÖn C l¹i b¾t ®Çu tÝch ®iÖn tõ

nguån ®iÖn Un sau khi ®Ìn neon Ne vôt t¾t. Thùc hiÖn phÐp tÝch ph©n ®èi víi

ph− ¬ng tr×nh (4) tõ thêi ®iÓm'

1t ®Õn thêi ®iÓm t2 øng víi çc gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕUT vµ Us gi÷a hai cùc cña tô ®iÖn C:

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




∫∫ −=≈τ

S

T

2

'1

U

U n

t

tUU

dURCdt

ta t×m ®− îc chu kú τ cña m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon:

sn

Tn

UU

UUlnRC

−−

=τ (5)

Nh− vËy, chu kú τ cña m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon tû lÖ víi®iÖn trë R vµ ®iÖn dung C trong m¹ch.

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ kh¶o s¸t m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìnneon b»ng çch nghiÖm l¹i c«ng thøc (5). MÆt kh¸c, sö dông m¹ch dao ®éng tÝchphãng ®Ó x¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ ®iÖn trë Rx, hoÆc ®iÖn dung Cx trong m¹ch nµy.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng m¹ch tÝch phãng dïng®Ìn neon (h×nh 3)1. ThiÕt bÞ vËt lý MC - 956; 2. §iÖn trë mÉu R0; 3. §iÖn trë cÇn ®o Rx; 4. §iÖn trëb¶o vÖ m¹ch ®iÖn R; 5. Tô ®iÖn mÉu C0; 6. Tô ®iÖn cÇn ®o Cx; 7. M¸y ®o thêi gian®a n¨ng hiÖn sè MC - 963A; 8. §Çu c¶m biÕn thu - ph¸t quang ®iÖn hång ngo¹i.

H×nh 3: Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®iÖn trë vµ ®iÖn dungb»ng m¹ch tÝch phãng dïng ®Ìn neon

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





4.1. §o hiÖu ®iÖn thÕ s¸ng Us vµ hiÖu ®iÖn thÕ t¾t UT cña ®Ìn neon

a. Ch− a c¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vËt lý MC - 956 vµonguån ®iÖn ~220V. Quan s¸t mÆt m¸y (h×nh 4).

b. M¾c m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y cña bé thÝ nghiÖm MC - 956 theo s¬ ®åh×nh 5, trong ®ã:

- §iÖn trë b¶o vÖ R = 100kΩ m¾c nèi tiÕp víi ®Ìn neon Ne gi÷a hai chèt P,

Q.- V«n kÕ V m¾c song song víi ®Ìn neon Ne gi÷a hai chèt L, E (hai chèt S,

E2 dïng quan s¸t dao ®éng tÝch phãng trªn dao ®éng ký ®iÖn tö).- Nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Æt ë vÞ trÝ 0 (hiÖu ®iÖn thÕ cña nguån ®iÖn

nµy cã thÓ thay ®æi tõ 0 ®Õn 100V nhê mét biÕn trë nóm xoay m¾c gi÷a hai chètP, E1).

§o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ngm¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon

0

KE1

P R Q

+ 100V+

C Ne

L

EE2

H×nh 4: S¬ ®å bÒ mÆt thiÕt bÞ ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung.

-

V

S

Un

+- V Ne

R Q L

H×nh 5

E

P

E1

+

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- Kho¸ K (c«ng t¾c) ®Æt ë tr¹ng th¸i ng¾t ®iÖn.Chó ý: Tr− íc khi c¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé thÝ nghiÖm MC-956 vµo

nguån ®iÖn ~220V ph¶i mêi gi¸o viªn tíi kiÓm tra m¹ch ®iÖn vµ h− íng dÉn çchsö dông ®Ó tr¸nh lµm háng m¸y.

c. BÊm kho¸ K trªn mÆt m¸y MC - 956 ®Ó ®ãng ®iÖn vµo m¸y: ®Ìn LEDph¸t s¸ng. VÆn tõ tõ nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Ó t¨ng dÇn hiÖu ®iÖn thÕ U

gi÷a hai cùc cña ®Ìn neon Ne cho tíi khi ®Ìn bõng s¸ng. §äc vµ ghi gi¸ trÞ cñahiÖu ®iÖn thÕ s¸ng Us (Us lµ hiÖu ®iÖn thÕ lóc ®Ìn b¾t ®Çu s¸ng, kh«ng ph¶i lµ hiÖu®iÖn thÕ æn ®Þnh sau khi ®Ìn ®· s¸ng) chØ trªn v«n kÕ V vµo b¶ng sè liÖu.

Sau ®ã l¹i vÆn tõ tõ nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Ó gi¶m dÇn hiÖu ®iÖnthÕ U gi÷a hai cùc cña ®Ìn neon Ne cho tíi khi ®Ìn vôt t¾t. §äc vµ ghi gi¸ trÞ cñahiÖu ®iÖn thÕ t¾t UT chØ trªn v«n kÕ V vµo b¶ng sè liÖu.

Thùc hiÖn l¹i ®éng t¸c nµy 5 lÇn. §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña US

vµ UT trong mçi lÇn ®o vµo b¶ng sè liÖu. (Cã thÓ m¾c thªm miliampekÕ A gi÷ahai chèt Q, L ®Ó quan s¸t c− êng ®é dßng ®iÖn ch¹y qua ®Ìn neon Ne khi nã ph¸t s¸ng).

d. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un vÒ vÞ trÝ 0. BÊm kho¸ K trªn mÆt m¸yMC - 956 ®Ó ng¾t ®iÖn. Th¸o bá ®iÖn trë b¶o vÖ R ra khái m¹ch ®iÖn.

4.2. NghiÖm c«ng thøc x¸c ®Þnh chu kú τ cña m¹ch dao ®éng tÝch phãng

a. M¾c l¹i m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y cña bé MC-956 theo s¬ ®å m¹ch ®iÖnh×nh 6, trong ®ã:

- V«n kÕ V m¾c gi÷a hai chèt P, E1.- Tô ®iÖn mÉu C0 m¾c song song víi ®Ìn neon Ne gi÷a hai chèt L, E.- §iÖn trë mÉu R0 m¾c nèi tiÕp víi ®Ìn neon Ne gi÷a hai chèt P, Q.

b. §Æt ®Çu c¶m biÕn thu - ph¸t quang ®iÖn hång ngo¹i lªn mÆt m¸y sao cho

®Ìn neon Ne n»m gi÷a hai lç cöa sæ cña ®Çu c¶m biÕn. C¾m ®Çu c¶m biÕn vµo æA cña m¸y ®o thêi gian ®a n¨ng hiÖn sè MC - 963A (h×nh 7). VÆn nóm chän kiÓu

Un

+-

C0 Ne

R0 Q L

V

H×nh 6

P

E1 E

+

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®o “MODE” sang vÞ trÝ n = 50. G¹t nóm chän thang ®o thêi gian “TIMERANGE” sang vÞ trÝ 99,99.

Mêi gi¸o viªn tíi kiÓm tra m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y MC - 956. C¾m phÝchlÊy ®iÖn cña m¸y vµo nguån ®iÖn ~220V.

c. BÊm kho¸ K trªn mÆt m¸y MC - 956 ®Ó ®ãng ®iÖn vµo m¸y: ®Ìn LEDph¸t s¸ng. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Ó v«n kÕ V chØ gi¸ trÞ Un = 90V vµ

gi÷ gi¸ trÞ nµy kh«ng ®æi trong thêi gian m¹ch ®iÖn R 0C0 thùc hiÖn dao ®éng tÝchphãng.

Theo c«ng thøc (5), chu kú dao ®éng tÝch phãng τ0 cña m¹ch ®iÖn R0C0 tÝnh b»ng:

Sn

Tn000

UU

UUlnCR

−−

=τ (6)

d. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña m¸y ®o thêi gian MC - 963A vµo nguån ®iÖn

~220V. BÊm kho¸ ®ãng ®iÖn K: çc ®Ìn chØ thÞ sè ph¸t s¸ng hiÖn trªn khung cöasæ “chu kú” vµ “thêi gian”. BÊm nót “RESET” ®Ó ®− a çc chØ thÞ sè vÒ tr¹ng th¸isè 0. Sau ®ã, m¸y ®o thêi gian MC - 963A tù ®éng ®o kho¶ng thêi gian t 0 cña n =

50 chu kú dao ®éng tÝch phãng τ0 cña m¹ch ®iÖn R0C0 øng víi 51 lÇn bõng s¸ngliªn tiÕp cña ®Ìn neon Ne.

Thùc hiÖn 5 lÇn phÐp ®o t0. §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña t0 trong

mçi lÇn ®o vµo b¶ng sè liÖu. Tõ ®ã suy ra chu kú dao ®éng tÝch phãng τ0 cñam¹ch ®iÖn R0C0 ®o b»ng:

50

t

n

t 000 ==τ (7)

DÔ dµng nghiÖm l¹i c«ng thøc (5) b»ng çch so s¸nh kÕt qu¶ x¸c ®Þnh τ0 theo çc c«ng thøc (6) vµ (7).

H×nh 7

M¸Y §O THêI GIAN mc-963

00 0000N=n-1 thêi gian

B A↔n=50n=1

B A+BA

MODE

A B RESET TIME RANGE K

9,999 99,99

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




c. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un vÒ vÞ trÝ 0. BÊm kho¸ K trªn mÆt m¸yMC - 958 ®Ó ng¾t ®iÖn.

4.3. X¸c ®Þnh ®iÖn trë Rx

a. Thay ®iÖn trë cÇn ®o Rx vµo vÞ trÝ cña ®iÖn trë mÉu R0 m¾c gi÷a hai chètP, Q trong s¬ ®å m¹ch ®iÖn h×nh 6. BÊm kho¸ K trªn mÆt m¸y MC - 956 ®Ó ®ãng

®iÖn vµo m¸y: ®Ìn LED ph¸t s¸ng.VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Ó v«n kÕ V chØ gi¸ trÞ Un = 90V vµ gi÷

gi¸ trÞ nµy kh«ng ®æi trong thêi gian m¹ch ®iÖn RxC0 thùc hiÖn dao ®éng tÝchphãng.

Theo c«ng thøc (5), chu kú dao ®éng tÝch phãng τx cña m¹ch ®iÖn RxC0 tÝnh b»ng:

sn

Tn0xx

UU

UUlnCR

−−

=τ (8)

b. BÊm nót “ RESET” cña m¸y ®o thêi gian MC - 963A ®Ó ®− a çc chØ thÞ

sè vÒ tr¹ng th¸i sè 0. Sau ®ã, m¸y ®o thêi gian MC - 963A tù ®éng ®o kho¶ngthêi gian tx cña n = 50 chu kú dao ®éng tÝch phãng τx cña m¹ch ®iÖn RxC0 øng víi51 lÇn bõng s¸ng liªn tiÕp cña ®Ìn neon Ne.

Thùc hiÖn 5 lÇn phÐp ®o tx. §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña tx trong

mçi lÇn ®o vµo b¶ng sè liÖu. Tõ ®ã suy ra chu kú dao ®éng tÝch phãng τx cñam¹ch ®iÖn RxC0 ®o b»ng:

50

t

n

t xxx ==τ (9)

Chia c«ng thøc (8) cho (6), ®ång thêi chó ý ®Õn (7) vµ (9) ta t×m ®− îc:

0

x0

0

x0x

ttR R R =

ττ= (10)

c. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un vÒ vÞ trÝ 0. BÊm khãa K trªn mÆt m¸yMC - 956 ®Ó ng¾t ®iÖn.

4.4. X¸c ®Þnh ®iÖn dung Cx

a. Thay tô ®iÖn cã ®iÖn dung Cx cÇn ®o vµo vÞ trÝ cña tô ®iÖn mÉu C0 m¾cgi÷a hai chèt L, E, thay Rx b»ng R0 nh− trong s¬ ®å m¹ch ®iÖn h×nh 6. BÊm kho¸K trªn mÆt m¸y MC - 956 ®Ó ®ãng ®iÖn vµo m¸y: ®Ìn LED ph¸t s¸ng.

VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un ®Ó v«n kÕ V chØ gi¸ trÞ Un = 90V vµ gi÷gi¸ trÞ nµy kh«ng ®æi trong thêi gian m¹ch ®iÖn R0Cx thùc hiÖn dao ®éng tÝchphãng.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Theo c«ng thøc (5), chu kú dao ®éng tÝch phãng '

xτ cña m¹ch ®iÖn R0Cx

tÝnh b»ng:

Sn

Tnx0

'

xUU

UUlnCR

−−

=τ (11)

b. BÊm nót “RESET” cña m¸y ®o thêi gian MC - 963A ®Ó ®− a çc chØ thÞ

sè vÒ tr¹ng th¸i sè 0. Sau ®ã, m¸y ®o thêi gian MC - 963A tù ®éng ®o kho¶ngthêi gian '

xt cña n = 50 chu kú dao ®éng tÝch phãng '

xτ cña m¹ch ®iÖn R0Cx øng

víi 51 lÇn bõng s¸ng liªn tiÕp cña ®Ìn neon Ne.

Thùc hiÖn 5 lÇn phÐp ®o '

xt . §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña '

xt trong

mçi lÇn ®o vµo b¶ng sè liÖu. Tõ ®ã suy ra chu kú dao ®éng tÝch phãng '

xτ cña

m¹ch ®iÖn R0Cx ®o b»ng:

50

t

n

t '

x

'

x'

x ==τ (12)

Chia c«ng thøc (11) cho (6), ®ång thêi chó ý ®Õn (7) vµ (12) ta t×m ®− îc:

0

'x

0

0

'x

0xt

tCCC =ττ= (13)

c. §äc vµ ghi çc sè liÖu sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu:

- Gi¸ trÞ cùc ®¹i Um trªn thang ®o cña v«n kÕ V vµ cÊp chÝnh x¸c δV cña nã.

- §é chÝnh x¸c ∆t cña m¸y ®o thêi gian ®a n¨ng hiÖn sè MC - 963A.- Gi¸ trÞ ®iÖn trë mÉu R0 vµ sai sè t− ¬ng ®èi (%) cña nã.- Gi¸ trÞ ®iÖn dung mÉu C0 vµ sai sè t− ¬ng ®èi (%) cña nã.d. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn Un vÒ vÞ trÝ 0. BÊm çc kho¸ K trªn mÆt

m¸y MC - 956 vµ MC - 963A ®Ó ng¾t ®iÖn: çc ®Ìn LED ®Òu t¾t. Rót phÝch lÊy

®iÖn cña çc m¸y ra khái nguån ~220V. Thu xÕp gän gµng çc dông cô trªn bµnthÝ nghiÖm.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






víi )V...(...U)U(U SdcSS ==∆+∆=∆

b. HiÖu ®iÖn thÕ t¾t UT

)V...(...UUU TTT ±=∆±=

víi )V...(...U)U(U TdcTT ==∆+∆=∆

5.2. NghiÖm c«ng thøc x¸c ®inh chu kú τ cña m¹ch dao ®éng tÝch phãng

a. TÝnh gi¸n tiÕp gi¸ trÞ cña chu kú τ0 theo c«ng thøc (6):

)s...(...UU

UUlnCR )(

sn

Tn00gt0 ==

−−

=τ

b. TÝnh trùc tiÕp gi¸ trÞ trung b×nh cña chu kú τ0 theo c«ng thøc (7):

)s...(...50

t 00 ===τ

víi )s...(...

50

t)t(

50

t 0dc000 ==

∆+∆=

∆=τ∆

suy ra )s...(...000 ±=τ∆±τ=τ

c. So s¸nh gi¸ trÞ (τ0)gt víi τ0 trong ph¹m vi sai sè ∆τ0 ®Ó kÕt luËn:

C«ng thøc x¸c ®Þnh chu kú τ cña m¹ch dao ®éng tÝch phãng ... (nghiÖm®óng hoÆc kh«ng nghiÖm ®óng).

5.3. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®iÖn trë Rx

a. Sai sè t− ¬ng ®èi trung b×nh:

......

t

t

t

t

R

R

R

R

0

0

x

x

0

0

x

x ==∆

+∆

+∆

=∆

=δ

víi)s...(...t)t(t

)s...(...t)t(t

0dc00

xdcxx

==∆+∆=∆

==∆+∆=∆

b. Gi¸ trÞ trung b×nh:

)...(...t

tR R

0

x0x Ω===

c. Sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh:

)...(...R R xx Ω==δ=∆

d. KÕt qu¶ cña phÐp ®o Rx:)...(...R R R xxx Ω±=∆±=

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




5.4. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®iÖn dung Cx

a. Sai sè t− ¬ng ®èi trung b×nh:

......t

t

t

t

C

C

C

C

0

0

'

x

'

x

0

0

x

x ==∆

+∆

+∆

=∆

=δ

víi)s...(...t)t(t

)s...(...t)t(t

0dc00

'

xdc

'

x

'

x

==∆+∆=∆

==∆+∆=∆

b. Gi¸ trÞ trung b×nh:

)F...(...t

tCC

0

'

x0x µ===

c. Sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh:

)F(.....................CC'

xx µ==δ=∆

d. KÕt qu¶ cña phÐp ®o Cx:

)F...(...CCC xxx µ±=∆±=


1. M« t¶ m¹ch dao ®éng tÝch phãng dïng ®Ìn neon. VÏ s¬ ®å m¹ch ®iÖn vµ chøngminh c«ng thøc x¸c ®Þnh chu kú dao ®éng tÝch phãng cña m¹ch:

Sn

Tn

UU

UUlnRC

−−

≈τ

2. Tr×nh bµy çch ®o hiÖu ®iÖn thÕ s¸ng Us vµ hiÖu ®iÖn thÕ t¾t UT cña ®Ìn neon.

T¹i sao trong m¹ch ®iÖn khi ®ã ph¶i m¾c mét ®iÖn trë R = 100kΩ nèi tiÕp víi ®Ìn

nªon. Nãi râ ph− ¬ng ph¸p nghiÖm l¹i c«ng thøc x¸c ®Þnh chu kú dao ®éng tÝchphãng cña m¹ch RC.3. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng m¹ch dao ®éngtÝch phãng dïng ®Ìn neon. T¹i sao kh«ng dïng ph− ¬ng ph¸p nµy ®Ó ®o çc ®iÖntrë vµ ®iÖn dung cã gi¸ trÞ nhá?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 7: ®o nång ®é dung dÞch ®− êngb»ng khóc x¹ kÕ И – 22


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn nh÷ngkiÕn thøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó ®o nång ®é dung dÞch dùa trªn nguyªn t¾c södông quy luËt phô thuéc cña chiÕt suÊt dung dÞch vµo nång ®é. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o.2. N¾m ®− îc nguyªn lý ho¹t ®éng vµ biÕt çch vËn hµnh khóc x¹ kÕ ИРФ-22. 3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t thùc nghiÖm quy luËt phô thuéc cña

chiÕt suÊt dung dÞch ®− êng vµo nång ®é vµ dùa trªn quy luËt ®ã, x¸c ®Þnh nång ®éch− a biÕt cña mét dung dÞch ®− êng.



2.1. Sù khóc x¹ ¸nh s¸ng

Khi ¸nh s¸ng truyÒn qua mét mÆt ph©n çch gi÷a hai m«i tr− êng trongsuèt, tia s¸ng bÞ ®æi h− íng ®ét ngét (g·y khóc) ë mÆt ph©n çch. §ã lµ hiÖn t− îngkhóc x¹ ¸nh s¸ng.

* §Þnh luËt khóc x¹ ¸nh s¸ng:

Tia khóc x¹ n»m trong mÆt

ph¼ng tíi vµ ë bªn kia ph¸p tuyÕn sovíi tia tíi.

§èi víi mét cÆp m«i tr− êngtrong suèt nhÊt ®Þnh th× tû sè gi÷a singãc tíi (sini) víi sin gãc khóc x¹(sinr) lu«n lu«n lµ mét sè kh«ng ®æi.Sè kh«ng ®æi nµy phô thuéc vµo b¶nchÊt cña hai m«i tr− êng vµ ®− îc gäilµ chiÕt suÊt tØ ®èi cña m«i tr− êng

chøa tia khóc x¹ (m«i tr− êng 2) ®èivíi m«i tr− êng chøa tia tíi (m«itr− êng 1).

S

I

R

N

i

r

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




r sin

isinn 21 =

ThÝ dô: Khi ¸nh s¸ng truyÒn tõ kh«ng khÝ vµo n− íc.

=r sin

isin nn− íc- kh«ng khÝ = 1,333...

3

4≈

Khi ¸nh s¸ng truyÒn tõ kh«ng khÝ vµo thuû tinh.

=r sin

isin nthuû tinh – kh«ng khÝ 2

35,1 =≈

+ NÕu n21 > 1 th× gãc khóc x¹ nhá h¬n gãc tíi (r < i) ta nãi m«i tr− êng 2chiÕt quang h¬n m«i tr− êng 1.

+ NÕu n21 < 1 th× gãc khóc x¹ lín h¬n gãc tíi (r > i) ta nãi m«i tr − êng 2kÐm chiÕt quang h¬n m«i tr− êng 1.

+ NÕu i = 0 th× r = 0 tia s¸ng chiÕu vu«ng gãc víi mÆt ph©n çch sÏ truyÒnth¼ng.

+ NÕu chiÕu tia tíi theo h− íng KI (ng− îc l¹i) th× tia khóc x¹ sÏ ®i theo

h− íng IS, do ®ã ta cã:

12

21n

1n =

+ ChiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña mét m«i tr− êng lµ chiÕt suÊt cña nã ®èi víi ch©n

kh«ng. V× chiÕt suÊt cña kh«ng khÝ: nkk = 1,00293 ≈ 1 nªn khi kh«ng cÇn chÝnhx¸c cao cã thÓ xem chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña mét chÊt ®èi víi kh«ng khÝ b»ng chiÕtsuÊt tuyÖt ®èi cña nã.

Mèi quan hÖ gi÷a chiÕt suÊt tû ®èi vµ chiÕt suÊt tuyÖt ®èi:

1

221

n

nn = hoÆc

2

112

n

nn =

+ Khi ¸nh s¸ng truyÒn tõ m«i tr− êng trong suèt chiÕt quang h¬n sang m«itr− êng trong suèt kÐm chiÕt quang h¬n (ch¼ng h¹n tõ n− íc ra kh«ng khÝ hoÆc tõthuû tinh ra kh«ng khÝ) cã thÓ x¶y ra hiÖn t− îng ph¶n x¹ toµn phÇn, khi gãc tíicña tia s¸ng ë mÆt ph©n çch lín h¬n hoÆc b»ng gãc giíi h¹n ph¶n x¹ toµn phÇn(igh). Khi i = igh th× hiÖn t− îng ph¶n x¹ toµn phÇn b¾t ®Çu x¶y ra, gãc khóc x¹ r =900.

1

2gh

n

nisin =

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




2.2. L¨ng kÝnh ph¶n x¹ toµn phÇn: lµ lo¹i l¨ng kÝnh trong ®ã x¶y ra çc hiÖnt− îng ph¶n x¹ toµn phÇn. §− êng ®i cña tia s¸ng trong l¨ng kÝnh ph¶n x¹ toµnphÇn ®− îc m« t¶ trªn h×nh 1.

Khi tia s¸ng ®i vµo l¨ng kÝnh, h− íng cña tia lã bÞ lÖch vÒ phÝa ®¸y cña l¨ng

kÝnh so víi h− íng cña tia tíi, v× tia s¸ng bÞ hai lÇn khóc x¹ t¹i I vµ J.Gãc lÖch gi÷a tia tíi SI vµ tia lã JR lµ gãc ph¶i quay tia tíi SI ®Ó nã trïng

vÒ ph− ¬ng chiÒu víi tia lã JR.Cã thÓ tÝnh ®− îc gãc lÖch D nÕu biÕt gãc tíi i1 cña tia s¸ng SI, gãc chiÕt

quang A vµ chiÕt suÊt n cñal¨ng kÝnh theo çc c«ng thøcsau ®©y:

sini1 = nsin r1 sini2 = nsin r2

A = r1 + r2 D = i1 + i2 - A

2.3. §o nång ®é dung dÞch ®− êng b»ng khóc x¹ kÕ И – 22

§èi víi mét sè dung dÞch, chiÕt suÊt cña chóng phô thuéc (thay ®æi) tuútheo hµm l− îng chÊt hoµ tan trong dung dÞch (nång ®é dung dÞch). V× vËy cã thÓ

x¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch c¨n cø vµo chiÕt suÊt cña nã.Nguyªn lý ho¹t ®éng cña khóc x¹ kÕ ИΡΦ - 22 dùa trªn hiÖn t− îng khóc

x¹ ¸nh s¸ng khi ¸nh s¸ng truyÒn qua mÆt ph©n çch 2 m«i tr− êng cã çc hÖ sè

A

B C

N

Ii1

DJ

RS i2r1 r2

H×nh 2

A B

C B

C

A

H×nh 1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




chiÕt suÊt kh¸c nhau (gi÷a dung dÞch cÇn ®o víi l¨ng kÝnh chÕ t¹o tõ thuû tinhnÆng (flin) cã chiÕt suÊt lín h¬n 1,7).

Mét chïm ¸nh s¸ng ph¶n chiÕu tõ g− ¬ng sÏ ®Ëp vµo mét l¨ng kÝnh kÐp (l− ìngl¨ng kÝnh). §ã lµ 2 l¨ng kÝnh vu«ng gãc nh− chØ ra trªn h×nh vÏ 3.

BÒ mÆt giíi h¹n cña l¨ng kÝnh chiÕu s¸ng phÝa trªn (AB) lµ bÒ mÆt nh¸p(thuû tinh mê), ®− îc dïng ®Ó chiÕu s¸ng líp chÊt láng cÇn ®o.

ChÊt láng cÇn ®o lµ mét líp máng n»m trong khe hÑp gi÷a 2 l¨ng kÝnh. ¸nh s¸ng t¸n x¹ ph¸t ra tõ bÒ mÆt thuû tinh mê cña l¨ng kÝnh phÝa trªn sÏ

®i qua líp chÊt láng ph¼ng song song n»m gi÷a 2 l¨ng kÝnh vµ chiÕu vµo bÒ mÆtnh½n bãng cña l¨ng kÝnh phÝa d− íi (®ã lµ l¨ng kÝnh ®o). Gãc tíi cña çc tia s¸ngn»m trong giíi h¹n tõ 0 ®Õn 900.

Chïm ¸nh s¸ng cã gãc tíi 900

(®−

îc gäi lµ chïm tr−

ît RS). V× chiÕt suÊtcña l¨ng kÝnh lín h¬n chiÕt suÊt cña chÊt láng, nªn chïm RS bÞ khóc x¹ ®i xuyªn

vµo l¨ng kÝnh phÝa d− íi (l¨ng kÝnh ®o) víi gãc khóc x¹ tíi h¹n: )s(TSM . Sù khóc

x¹ cña chïm RS t¹i ®iÓm S tu©n theo ®Þnh luËt khóc x¹:n = Nsinr1 (1)

ë ®©y N lµ chiÕt suÊt cña thuû tinh lµm l¨ng kÝnh )7,1 N( ≥ cßn n lµ chiÕt

suÊt cña chÊt láng cÇn nghiªn cøu, r1 lµ gãc khóc x¹ MST ë trong l¨ng kÝnh ®o(phÝa d− íi).

T¹i ®iÓm lã T, tia s¸ng truyÒn ra ngoµi l¨ng kÝnh ®o, theo ®Þnh luËt khóc x¹

ta l¹i cã: Nsinr2 = sini (2)

A

B C

D

R

Si

r1 r2

M

α

T

H×nh 3

E

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




ë ®©y r2 lµ gãc tíi cña chïm tia ST trªn bÒ mÆt AC cña l¨ng kÝnh ®o. Cßn ilµ gãc giíi h¹n cña chïm tia s¸ng ®i tõ trong l¨ng kÝnh ®o ®i ra. Chïm TE lµ giíih¹n truyÒn ¸nh s¸ng ®i qua l¨ng kÝnh tõ phÝa gãc i nhá nhÊt. Gãc chiÕt quang cña

l¨ng kÝnh ®o α (A).

α = r1 + r2 (A = r1 + r2) (3)

Tõ çc biÓu thøc (1), (2), (3) dÔ dµng thu ®−

îc c«ng thøc tÝnh chiÕt suÊtcña chÊt láng cÇn ®o n (i lµ gãc lã giíi h¹n)

isin.cosisin Nsin N 22 α−−α= (4)

Thang ®o chiÕt suÊt vµ biªn giíi s¸ng - tèi (biªn giíi khuÊt s¸ng) ®− îcnh×n thÊy trong thÞ tr− êng cña thÞ kÝnh b»ng çch ®iÒu chØnh thÞ kÝnh vµ çc

g− ¬ng lÊy ¸nh s¸ng. V× thiÕt bÞ ИΡΦ - 22 kh«ng dïng nguån s¸ng ®¬n s¾c mµdïng víi ¸nh s¸ng tr¾ng, nªn biªn giíi (giíi h¹n) s¸ng tèi nh×n thÊy trong thÞtr− êng bÞ nhuém mµu do hiÖn t− îng t¸n s¾c (¸nh s¸ng tr¾ng khóc x¹ qua l¨ngkÝnh bÞ t¸ch thµnh çc mµu kh¸c nhau). Do ®ã ng− êi ta ®− a vµo trong dông cô ®o

2 l¨ng kÝnh nh×n th¼ng ®Ó bæ chÝnh sù t¸n s¾c ¸nh s¸ng. Çc l¨ng kÝnh nµy ®− îc®Æt vµo gi÷a l¨ng kÝnh ®o vµ thÞ kÝnh cña èng quang häc. B»ng çch vÆn nómquay bªn ph¶i cña dông cô, ng− êi ta sÏ quay çc l¨ng kÝnh bæ chÝnh cho ®Õn khikh¾c phôc ®− îc hiÖn t− îng nhuém mµu cña giíi h¹n s¸ng tèi n»m ë phÝa bªnph¶i.

B»ng çch quay nóm quay bªn tr¸i vµ ®iÒu chØnh g− ¬ng chiÕu s¸ng thang®o, ng− êi ®o sÏ x¸c ®Þnh ®− îc chiÕt suÊt cña chÊt láng cÇn ®o qua ®é chia cã s½ntõ gi¸ trÞ 1,3 ®Õn 1,7. Chó ý dÊu ch÷ thËp (+) vµ thang ®o cïng víi giíi h¹n s¸ngtèi, cÇn ®iÒu chØnh nh×n thÊy thËt râ trong thÞ tr− êng cña dông cô ®o.

¸nh s¸ng qua g− ¬ng (1), h− íng vµo l¨ng kÝnh chiÕu s¸ng (2) ®i qua lípmáng chÊt cÇn nghiªn cøu vµo l¨ng kÝnh ®o (3). Sau ®ã nã ®i qua líp thuû tinh

1 2 4 56

7

8

9

H×nh 4: S¬ ®å quang häc cña dông cô

3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b¶o vÖ (4), qua bé phËn bæ chÝnh (5) ®Ëp lªn vËt kÝnh (6), sau ®ã ®i qua l¨ng kÝnhph¶n x¹ toµn phÇn (7), b¶n thuû tinh cã dÊu ch÷ thËp (8) vµ qua thÞ kÝnh (9) ®Õnm¾t ng− êi quan s¸t.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm ®o nång ®é dung dÞch ®− êng b»ng khóc x¹ kÕ ИΡΦ – 22(h×nh 4) gåm:

1. M¸y khóc x¹ kÕ.

2. èng ®ong mililÝt.3. B×nh ®ùng n− íc.4. Que khuÊy, èng hót.5. C©n kü thuËt.6. §− êng tr¾ng.


4.1. ChØnh m¸y

Më n¾p ®Ëy cã chøa l¨ng kÝnh chiÕu s¸ng n»m ë nöa qu¶ cÇu ë phÝa tayph¶i ng− êi ®o. Lau s¹ch b»ng kh¨n v¶i kh«, mÒm bÒ mÆt cña hai l¨ng kÝnh (tr¸nhlµm x− íc bÒ mÆt nh½n bãng cña l¨ng kÝnh ®o). Sau ®ã nhá mét vµi giät n− íc cÊt

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm ®o nång ®é dung dÞch ® − êngb»ng khóc x¹ kÕ И ΡΦ – 22

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




(hoÆc n− íc s¹ch) vµo bÒ mÆt nh½n bãng cña l¨ng kÝnh ®o. §Ëy l¨ng kÝnh chiÕus¸ng lªn nöa cÇu chøa l¨ng kÝnh ®o. §iÒu chØnh çc g− ¬ng lÊy ¸nh s¸ng cho «thang ®o bªn tr¸i (h×nh vu«ng chøa thang ®o trong thÞ tr− êng ë phÝa tr¸i) vµ biªngiíi l¨ng kÝnh chiÕu s¸ng bªn ph¶i. §iÒu chØnh thÞ kÝnh ®Ó nh×n ®− îc râ çc v¹chsè cña thang ®o vµ biªn giíi s¸ng tèi ë bªn ph¶i. §iÒu chØnh nóm ®Çu ®o cho biªngiíi s¸ng tèi n»m chÝnh gi÷a v¹ch ch÷ thËp vµ ghi l¹i sè liÖu chiÕt suÊt víi 4 ch÷

sè cã nghÜa. Ch¼ng h¹n víi n− íc cÊt ta ®− îc chiÕt suÊt cña nã lµ 1,333 ÷ 1,334,

víi n− íc m¸y: 1,334 ÷ 1,335.

4.2. §o chiÕt suÊt cña n− íc ®− êng cã çc nång ®é kh¸c nhau, x¸c ®Þnh ®− êng

cong thùc nghiÖm

- Pha 4 gam ®− êng vµo n− íc cÊt, khuÊy hoµ tan hoµn toµn ®− êng trongn− íc ®Ó ® − îc dung dÞch cã thÓ tÝch 10 ml. Dïng èng hót nhá vµi giät dung dÞchn− íc ®− êng lªn bÒ mÆt cña l¨ng kÝnh ®o ®· ®− îc lau s¹ch kh« b»ng v¶i b«ngmÒm. §Ëy l¨ng kÝnh chiÕu s¸ng lªn trªn. Chó ý dung dÞch cÇn ®o ph¶i cho¸n ®Çy

khe hë gi÷a 2 l¨ng kÝnh. Quay nóm ®Çu ®o ë bªn tr¸i ®Õn khi xuÊt hiÖn biªn giíis¸ng tèi trïng víi dÊu ch÷ thËp. §äc sè chØ cña thang ®o ë « vu«ng bªn tr¸i, chó ýquay nóm bæ chÝnh bªn ph¶i ®Ó khö sù nhuém mµu do t¸n s¾c. Ghi l¹i gi¸ trÞchiÕt suÊt ®o ®− îc øng víi nång ®é C1.

LÆp l¹i phÐp ®o trªn 3 lÇn ®Ó lÊy sai sè øng víi mçi dung dÞch ®o.Sau ®ã lÊy bít dung dÞch ®− êng cßn 5ml, pha thªm 5ml n− íc, khuÊy ®Òu trong

dung dÞch. TiÕn hµnh lÆp l¹i phÐp ®o nh− C1 ta ®− îc chiÕt suÊt øng víi C2 = 1/2C1.Cø nh− vËy cho C3 = 1/2C2, C4 = 1/2C3, C5 = 1/2C4.Chó ý: sau mçi phÐp ®o ph¶i lau s¹ch vµ röa b»ng n− íc cÊt bÒ mÆt hai l¨ng

kÝnh. X©y dùng ®å thÞ n1, n2...n5 theo çc nång ®é (hµm l− îng) dung dÞch.

.ml10

g25,0,

ml10

g5,0,

ml10

g1,

ml10

g2,

ml10

g4

- Pha mét dung dÞch cã nång ®é bÊt kú, dïng ®å thÞ ®· x©y dùng ®Ó x¸c®Þnh nång ®é dung dÞch ®− êng Cx theo chiÕt suÊt ®o ®− îc trªn m¸y nx.

Chó ý: Mçi phÐp ®o ph¶i ®o 3 lÇn ®Ó tÝnh sai sè.- Ghi çc sai sè cña dông cô:

Sai sè dông cô c©n ®− êng (∆mdc = 0,1g)

Sai sè dông cô ®ong n−

íc (∆Vdc = 0,1ml)Sai sè dông cô ®o chiÕt suÊt (∆ndc = 0,001)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





®o nång ®é dung dÞch ®− êng b»ng khóc x¹ kÕ И – 22

Líp ................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªn.KÝp ................ Nhãm ........Hä tªn................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


ChiÕt suÊt n− íc m¸y: n = ... ± ...B¶ng sè liÖu

V

mC =

ml10

g4

ml10

g2

ml10

g1

ml10

g5,0

ml10

g25,0

Dung dÞchbÊt kú

LÇn ®o ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni

i = 1...3

TB

1. X©y dùng ®å thÞ phô thuéc cña chiÕt suÊt vµo nång ®é dung dÞch.

Víi mçi phÐp ®o t− ¬ng øng víi mét nång ®é dung dÞch ®− êngV

mC = , ta

tÝnh ®− îc mét sai sè ∆C. Trªn ®å thÞ mçi ®iÓm thùc nghiÖm lµ mét h×nh ch÷ nhËt

víi çc c¹nh cã ®é dµi 2∆C vµ 2∆n t− ¬ng øng.

V

V

m

m

C

C dcdc ∆+∆

=∆

=δ

CC δ=∆→ (*)

nnn dc ∆+∆=∆

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




VÏ ®å thÞ (trªn giÊy vÏ ®å thÞ).2. X¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch “bÊt k×” dùa vµo ®å thÞ ®· vÏ vµ chiÕt suÊt ®o ® − îcnx.

)ml/g...(...Cx ±=


1. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p ®o nång ®é cña dung dÞch ®− êng b»ng m¸y khóc x¹ kÕ.2. Gi¶i thÝch sù t¹o thµnh biªn giíi s¸ng tèi ë l¨ng kÝnh ®o.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 8: §o b− íc sãng cña ¸nh s¸ngnhê hiÖn t− îng giao thoa qua khe Young


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn kü n¨ngthùc nghiÖm ®Ó ®o b− íc sãng cña ¸nh s¸ng dùa trªn hiÖn t− îng giao thoa cña ¸nhs¸ng trªn hai khe hÑp. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c dùa trªn hiÖn

t− îng giao thoa nh s¸ng trªn hai khe hÑp.4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


Theo Maxwell: ¸nh s¸ng lµ sãng ®iÖn tõ cã çc b− íc sãng n»m trong

kho¶ng tõ 0,36 ®Õn 0,76 µ m, ¸nh s¸ng tr¾ng lµ tËp hîp cña tÊt c¶ çc sãng ¸nhs¸ng ®¬n s¾c cã çc mµu tõ ®á ®Õn tÝm.

NÕu hai nguån s¸ng cã cïng chu kú, hiÖu sè pha kh«ng thay ®æi theo thêigian vµ cã cïng ph− ¬ng dao ®éng th× hai nguån s¸ng ®ã lµ hai nguån kÕt hîp vµchóng cã thÓ giao thoa víi nhau. Nguyªn t¾c t¹o ra hai sãng kÕt hîp lµ tõ métsãng duy nhÊt t¸ch ra thµnh hai sãng riªng biÖt.

Trong bµi thÝ nghiÖm nµy ®Ó cã hai sãng kÕt hîp vµ t¹o nªn hiÖn t− înggiao thoa ta dïng khe Young.

Khe Young lµ mét hÖ gåm cã hai khe rÊt hÑp S1, S2 song song víi nhau vµçch nhau mét kho¶ng e rÊt nhá. Khi ¸nh s¸ng tõ nguån mét khe S chiÕu tíi haikhe S1, S2 (çc khe hÑp S vµ S1, S2 ®Æt song song nhau), th× S1 vµ S2 sÏ ®− îc coinh− hai nguån kÕt hîp (cã cïng chu kú, hiÖu sè pha kh«ng thay ®æi theo thêi gianvµ cã cïng ph− ¬ng dao ®éng), v× chóng ®− îc t¸ch ra tõ nguån s¸ng S, do ®ãchóng sÏ giao thoa víi nhau trªn mµn ¶nh M. H×nh ¶nh cña hÖ v©n giao thoa trªnmµn ¶nh M gåm çc v©n s¸ng vµ çc v©n tèi n»m xen kÏ nhau, song song vµ çch

®Òu nhau.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Ta cã thÓ tÝnh ®− îc kho¶ng çch gi÷a çc v©n s¸ng hoÆc v©n tèi liªn tiÕp -gäi lµ kho¶ng v©n. Tõ ®ã ta cã thÓ tÝnh ®− îc b− íc sãng ¸nh s¸ng.

Trªn mµn quan s¸t M, gi¶ sö t¹i C cã hai sãng kÕt hîp E1 vµ E2 göi tõ S1 vµS2 tíi chång chÊt lªn nhau (h×nh 1):

⎟ ⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛

λ−π= 1

011

d

T

t2cosEE (1)

⎟ ⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛

λ−π= 2

022

d

T

t2cosEE (2)

VËy sãng kÕt hîp t¹i C sÏ lµ:

⎟ ⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛ ϕ−π=+=

T

t2cosEEEE 021 (3)

Trong ®ã biªn ®é sãng tæng hîp lµ:

ϕ∆++= cosEE2EEE 0201

2

02

2

010 (4)

víi ∆ϕ lµ hiÖu pha cña hai sãng thµnh phÇn E1, E2 truyÒn tíi ®iÓm C, d2 – d1 lµhiÖu quang tr×nh cña hai sãng s¸ng.

)dd(2

12 −λπ

=ϕ∆

V× c− êng ®é s¸ng I t¹i ®iÓm C tØ lÖ víi b×nh ph− ¬ng biªn ®é sãng s¸ngtæng hîp E0 t¹i ®iÓm ®ã, nªn ta cã:

IC = E012 + E02

2 + 2E01E02cos∆ϕ Ta xÐt mét vµi tr− êng hîp ®Æc biÖt:

a. NÕu: π=−λπ

=ϕ∆ 2k )dd(

212 tøc lµ hai sãng ®ång pha, hay:

d2 - d1 = kλ trong ®ã k = 0; ± 1; ± 2 ... (5)

H×nh 1

S

S1

H C

x

0

D

d1

d2

M

S2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




th× c− êng ®é s¸ng I lµ cùc ®¹i, tøc C lµ ®iÓm s¸ng nhÊt . Gi¸ trÞ c− êng ®é s¸ng ®ãlµ:

IC = Imax = ( E01 + E02)2

b. NÕu: π+=−λπ

=ϕ∆ )1k 2()dd(2

12 tøc lµ hai sãng ng− îc pha, hay:

2)1k 2(dd 12

λ

+=− víi k = 0; ± 1; ± 2 ... (6)th× c− êng ®é s¸ng ë C lµ cùc tiÓu, tøc lµ ®iÓm tèi nhÊt . Gi¸ trÞ c− êng ®é s¸ng t¹i Clµ:

IC = Imin = (E01 - E02)2 = 0

B©y giê ta tÝnh kho¶ng çch gi÷a çc v©n s¸ng hoÆc v©n tèi liªn tiÕp trªnmµn M (tøc kho¶ng v©n).

T¹i ®iÓm 0 ta cã d2 - d1 = 0 øng víi k = 0. VËy ®iÓm 0 øng víi ®iÒu kiÖnv©n s¸ng vµ nã lµ v©n s¸ng chÝnh gi÷a. Ta xÐt tiÕp ®iÓm C bÊt kú nµo ®ã, gäi x lµkho¶ng çch tõ C tíi 0, e lµ kho¶ng çch gi÷a hai khe s¸ng S1, S2; D lµ kho¶ng

çch tõ mµn chøa hai khe E tíi mµn ¶nh M.Trong tam gi¸c vu«ng S1HC vµ S2HC ta cã:

222

1 )2

ex(Dd −+= (7)

222

2 )2

ex(Dd ++= (8)

Do ®ã xed d 22

1

2

2 =− v× D >> e, víi C rÊt gÇn 0 tøc lµ x ≈ 0 nªn ta xem gÇn

®óng: d1 + d2 = 2D tõ ®ã ta cãD

ex

dd

xe2dd

12

12 =+

=− .

VËy cùc ®¹i giao thoa t¹i ®iÓm C sÏ ph¶i tháa m·n ph− ¬ng tr×nh:λ==− k

D

exdd 12 (9)

Tõ ®ã ta suy ra kho¶ng çch tõ v©n s¸ng thø k tíi ®iÓm 0 lµ :

e

Dk Xsk

λ= (10)

víi k = 0; ± 1; ± 2; ...T − ¬ng tù vÞ trÝ çc v©n tèi ®− îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:

2)1k 2(

D

exdd 12

λ+==−

Do ®ã:e2

D)1k 2(X tk

λ+= (11)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




C¨n cø vµo c«ng thøc (10) vµ (11) ta thÊy çc v©n s¸ng, çc v©n tèi n»mxen kÏ nhau. Kho¶ng çch hai v©n s¸ng kÕ tiÕp (ch¼ng h¹n kho¶ng çch tõ v©nthø k + 1 ®Õn v©n s¸ng thø k) lµ:

e

D

e

Dk

e

D)1k (XXi sk )1k (s

λ=

λ−

λ+=−= + (12)

trong ®ã i ®− îc gäi lµ kho¶ng v©n.

Tõ (11) ta thÊy kho¶ng çch gi÷a hai v©n tèi kÕ tiÕp còng lµ i. Nh− vËy çcv©n s¸ng vµ v©n tèi n»m xen kÏ vµ çch ®Òu nhau.

Trong bµi thÝ nghiÖm nµy, ta øng dông biÓu thøc (12) ®Ó t×m b− íc sãngcña çc ¸nh s¸ng ®¬n s¾c khi biÕt D, e vµ tÝnh ®− îc i .

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




MÉu thÝ nghiÖm 1

3.1. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng ¸nh s¸ng nhê hiÖn t− îng giao thoa qua kheYoung (h×nh 3) gåm:1/ Nguån s¸ng §, 2/ ThÊu kÝnh héi tô L, 3/ Mµn mét khe S, 4/ KÝnh läc s¾c K,5/ Mµn hai khe E, 6/ Th− íc ®o milimÐt D, 7/ Mµn ¶nh (thÞ kÝnh) M cã g¾npanme, 8/ Trôc cè ®Þnh P, 9/ Gi¸ ®ì quang häc G.

Nguån s¸ng tõ bãng ®Ìn nhá §, sau bãng ®Ìn cã ®Æt kÝnh héi tô L chiÕuvµo mµn mét khe hÑp S, truyÒn qua kÝnh läc s¾c K tíi mµn hai khe hÑp E (S 1, S2).Çc mµn ch¾n cã khe nµy ®− îc g¾n trªn gi¸ gç cã thÓ di chuyÓn ®− îc däc theotrôc P cè ®Þnh. TiÕp sau mµn ch¾n hai khe lµ mét thÞ kÝnh ®ãng vai trß mµn ¶nhM, dïng ®Ó quan s¸t çc v©n giao thoa. Bªn d− íi trôc cè ®Þnh P cã g¾n mét th− ícchia ®Õn milimÐt ®Ó ®o kho¶ng çch tõ mµn hai khe tíi kÝnh ng¾m M (h×nh 2).

§ L

P

SK E M

H×nh 2

H×nh 3: Bé thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng ¸nh s¸ng

nhê hiÖn t − îng giao thoa qua khe Young (mÉu 1)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.1. Tr×nh tù thÝ nghiÖm

1. §iÒu chØnh sao cho çc khe S vµ S1, S2 thËt song song víi nhau b»ng çch:- Th¸o bá mµn chøa hai khe, ®iÒu chØnh mµn chøa mét khe S ®øng th¼ng, n»m®óng gi÷a ®− êng ng¾m vµ çch thÞ kÝnh M kho¶ng 25 cm.- BËt ®Ìn, ng¾m mét khe qua thÞ kÝnh M, ®iÒu chØnh vÞ trÝ cña bãng ®Ìn ®Ó ¸nh

s¸ng chiÕu tõ mµn mét khe S n»m ®óng gi÷a kÝnh ng¾m M.- L¾p mµn hai khe S1, S2 vµo vµ ®iÒu chØnh sao cho thÊy râ hÖ v©n. KÝnh läc s¾ccã thÓ l¾p lóc nµo tïy ý, cã thÓ l¾p phÝa tr− íc hoÆc sau mµn mét khe nh− ng chó ýkhi ®· l¾p mµn chøa hai khe råi th× kh«ng ®iÒu chØnh vÞ trÝ mµn chøa mét khe vµ®Ìn n÷a. §iÒu chØnh mµn hai khe (dÞch chuyÓn trªn trôc cè ®Þnh P) ®Ó ë vÞ trÝ D =10cm. Võa quan s¸t võa chØnh mµn hai khe cho tíi khi hÖ v©n thËt râ trªn mµn¶nh M.2. §o ®¹c.a/ L¾p kÝnh läc s¾c mµu ®á, kiÓm tra vÞ trÝ D = 10cm, hÖ v©n, råi dïng panme ®o

kho¶ng çch i gi÷a çc v©n. PhÐp ®o i tiÕn hµnh nh− sau:VÆn panme ®Ó cho ®Çu mòi nhän chØ vµo v©n tèi thø m (lÊy m = 1) vµ ®äc

gi¸ trÞ xm t− ¬ng øng trªn panme ghi vµo b¶ng 1.Sau ®ã vÆn panme cho ®Çu mòi nhän chØ vµo v©n tèi thø k, ®äc vµ ghi gi¸

trÞ xk t− ¬ng øng trªn panme ghi vµo b¶ng 1.

LÆp l¹i phÐp ®o 5 lÇn, ghi çc gi¸ trÞ vµo b¶ng sè liÖu.

b/ Thay kÝnh läc s¾c ®á, chuyÓn sang kÝnh läc s¾c xanh.LÊy D =10cm (hoÆc tïy chän). Çch ®o t− ¬ng tù nh− ®èi víi ¸nh s¸ng ®á. KÕtqu¶ ®o ®− îc ghi vµo b¶ng 2.

- TÝnh kho¶ng v©n theo c«ng thøc:mk

xxi mk

−−=

Çch ®o kho¶ng v©n

x∆i xkxm

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






5.1. B¸o ço thÝ nghiÖm (mÉu 1)

®o b− íc sãng cña ¸nh s¸ngnhê hiÖn t− îng giao thoa qua khe Young


Líp ...............................KÝp..........Nhãm ............Hä tªn ...........................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


1. ¸nh s¸ng ®áB¶ng 1

- Kho¶ng çch gi÷a hai khe S1S2: e = ... ± ... (mm)- Kho¶ng çch tõ mµn hai khe ®Õn mµn quan s¸t: D = ... ± ... (mm)

LÇn ®o xmj xkj j j

mjkj

jmk

xxi

−

−= ji∆

j = 1...

3TB × ×

2. B¶ng 2 t− ¬ng tù b¶ng 1 ®èi víi ¸nh s¸ng xanh.3. Xö lý sè liÖu.

)m...(...

)m...(...

)m...(...D

ie

......i

i

D

D

e

e

±=λ∆±λ=λ

==λε=λ∆

===λ

==∆

+∆

+∆

=λλ∆

=ε

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




6.1. C©u hái kiÓm tra

1/ Nguyªn t¾c t¹o ra hai sãng kÕt hîp lµ g× ? Nªu çch t¹o ra hai sãng kÕt hîpcña bµi thÝ nghiÖm nµy.2/ Çch x¸c ®Þnh kho¶ng v©n trªn mµn ¶nh M trong thÝ nghiÖm giao thoa kheYoung?

3/ Sai sè cña b− íc sãng ¸nh s¸ng trong ph− ¬ng ph¸p ®o nµy phô thuéc vµo nh÷ngyÕu tè nµo? Çch kh¾c phôc nh÷ng yÕu tè sai sè cã thÓ.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




MÉu thÝ nghiÖm 2

3.2. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng ¸nh s¸ng nhê hiÖn t− îng giao thoa qua kheYoung (h×nh 4) gåm:

1. Nguån ph¸t diode laser (3,8V-5mW).2. Khe Young vµ hép b¶o vÖ.3. C¶m biÕn photodiode silicon.4. Bé khuÕch ®¹i chØ thÞ c− êng ®é phæ giao thoa.5. Th− íc tr¾c vi (panme) 25mm, chÝnh x¸c 0,01mm.6. Th− íc mm (1000 mm), chÝnh x¸c 1 mm.7. HÖ thèng gi¸ ®ì thÝ nghiÖm.

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña kho¶ng v©n i vµ suy rab− íc sãng λ cña chïm tia laser. §ång thêi kh¶o s¸t hiÖn t− îng giao thoa cña

chïm tia laser b»ng çch kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trªn mµn ¶nh giaothoa cho bëi khe Young.

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng ¸nh s¸ng

nhê hiÖn t − îng giao thoa qua khe Young (mÉu 2)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.2. Tr×nh tù thÝ nghiÖm

A. Bé thiÕt bÞ kh¶o s¸t giao thoa khe Young dïng tia laser (H×nh 5)

Bé thiÕt bÞ gåm mét diode laser DL (3,8V-5mW) ph¸t ra chïm tia lasermµu ®á truyÒn qua khe Young Y vµ cho ¶nh giao thoa trªn mÆt hép A.

§Ó kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng cña çc cùc ®¹i giao thoa vµ x¸c®Þnh vÞ trÝ cña chóng trªn mÆt hép A, ta dïng c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ cãthÓ di chuyÓn trªn mÆt mµn ¶nh A nhê g¾n liÒn víi ®Çu cña mét th− íc panme P.

Toµn bé thiÕt bÞ ®Æt trªn cïng mét gi¸ quang häc G. TÝn hiÖu laser däi quakhe Young truyÒn ®Õn c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ ®− îc ®− a vµo bé khuÕch ®¹i vµchØ thÞ phæ giao thoa K§ nhê mét chèt c¾m nhiÒu ®Çu A.

B. T×m ¶nh giao thoa cña chïm khe Young

1. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé nguån nu«i diode laser DL vµo nguån ®iÖn xoay

chiÒu ~220V. BËt c«ng t¾c K1 cña diode laser DL, ta sÏ nhËn ®− îc chïm tia lasermµu ®á. VÆn çn th− íc panme P ®Ó sè ®o cña nã ë vÞ trÝ kho¶ng 12 mm. VÆn nhÑçc vÝt h·m t− ¬ng øng trªn hÖ th«ng gi¸ ®ì G vµ bµn tr− ît ®Ó:

- §Æt khe Young Y n»m nghiªng, kh«ng ch¾n chïm tia laser.- §iÒu chØnh vÞ trÝ cña diode laser sao cho cöa sæ cña nã ë cïng ®é cao víi khe

hë cña mÆt c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ (®o b»ng th− íc th¼ng milimÐt) vµ chïm tialaser chiÕu ®óng vµo gi÷a khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn.2. Thùc hiÖn viÖc “chuÈn trùc” ®èi víi hÖ quang häc cña khe Young:

- §Æt bµn tr− ît B çch diode laser kho¶ng 10cm. §iÒu chØnh vÞ trÝ cña kheYoung trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng ®Ó vÖt s¸ng cña chïm tia laser räi vu«ng gãcvµo gi÷a mÆt khe Young Y. Khi ®ã chïm tia laser ph¶n x¹ trªn mÆt khe Young Ycho ¶nh trïng ®óng víi cöa sæ cña diode laser DL.

Aµ

“0”

1 10 100R

K A + -

P

H×nh 5

K§

AµY

B

K1

DLQ§

A

G

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- NhÊc bµn tr− ît B lªn vµ ®Æt nã lªn gi¸ ®ì G t¹i vÞ trÝ gÇn s¸t c¶m biÕnquang ®iÖn Q§ ®Ó c¹nh cña bµn tr− ît B vÉn ¸p s¸t víi c¹nh cña gi¸ ®ì G. Quans¸t vÞ trÝ vÖt s¸ng cña chïm tia s¸ng laser trªn mÆt khe Young Y. NÕu vÖt s¸ngnµy bÞ lÖch vÒ mét phÝa (bªn ph¶i hoÆc tr¸i, chÕch lªn cao hoÆc xuèng thÊp), th× taph¶i vÆn láng vÝt h·m diode laser DL trªn cäc th¼ng ®øng vµ xoay nhÑ diode laserDL vÒ phÝa ng− îc l¹i ®Ó ®iÒu chØnh nã sao cho khi ®Æt bµn tr− ît B ë gÇn hoÆc xa

diode laser DL däc theo gi¸ ®ì G, vÖt s¸ng cña chïm tia laser vÉn gi÷ nguyªn vÞtrÝ cña nã trªn mÆt khe Young Y vµ ¶nh giao thoa (gåm mét sè v©n s¸ng mµu ®án»m çch ®Òu nhau) hiÖn râ trªn mÆt hép A.

- Sau ®ã, ®Æt bµn tr− ît B ë vÞ trÝ sao cho mÆt khe Young Y n»m çch mÆthép A cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ mét kho¶ng çch kh«ng ®æi D = 100cm tÝnhdäc trªn th− íc th¼ng milimÐt T g¾n víi mÆt cña gi¸ ®ì G. Gi÷ cè ®Þnh kho¶ngçch nµy trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn phÐp ®o.

C. §iÒu chØnh bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ phæ giao thoa K§

1. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé khuÕch ®¹i chØ thÞ phæ giao thoa K§ vµo nguån®iÖn ~220V. §Æt nóm chän thang ®o cña micr«ampekÕ ®iÖn tö Aµ n»m ë kho¶ng

gi÷a cña çc thang vµ vÆn nóm biÕn trë R cña nã vÒ vÞ trÝ gÇn tËn cïng bªn ph¶i.BÊm kho¸ ®ãng ®iÖn K trªn mÆt bé khuÕch ®¹i K§. Chê kho¶ng 5 phót ®Ó békhuÕch ®¹i K§ æn ®Þnh, tiÕn hµnh kiÓm tra sè 0 cña micr«ampekÕ Aµ b»ng çch:

che ¸nh s¸ng hoµn toµn khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§, t¨ng ®é nh¹y cñabé khuÕch ®¹i K§ lªn lín nhÊt (vÆn nóm biÕn trë R vÒ tËn cïng bªn tr¸i) nÕu kimcña micr«ampekÕ Aµ lÖch khái sè 0 th× vÆn tõ tõ nóm qui “0” cña micr«ampekÕ

Aµ ®Ó ®iÒu chØnh cho kim chØ thÞ cña nã trë vÒ ®óng sè 0. Sau ®ã l¹i gi¶m ®é

nh¹y cña khuÕch ®¹i vÒ bÐ nhÊt.2. VÆn tõ tõ panme P sao cho v¹ch s¸ng gi÷a (cã c− êng ®é s¸ng lín nhÊt) trªn¶nh giao thoa lät vµo ®óng gi÷a khe trªn mÆt hép A cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§,Khi ®ã kim chØ thÞ cña micr«ampekÕ Aµ sÏ lÖch m¹nh nhÊt. VÆn nhÑ nóm xoay

cña biÓn trë R trªn bé khuÕch ®¹i K§ ng− îc chiÒu kim ®ång hå sao cho kim cñamicr«ampe kÕ Aµ lÖch tíi vÞ trÝ kho¶ng 2/3 thang ®o. NÕu kh«ng ®¹t ®− îc ®é

lÖch nµy th× ph¶i vÆn nóm chuyÓn thang ®o trªn micr«ampekÕ Aµ sang vÞ trÝ bÐ

h¬n vµ ph¶i kiÓm tra l¹i ®iÓm 0 cña micr«ampekÕ. NÕu ®é lÖch kim bÞ b·o hoµ(khi thay ®æi c− êng ®é s¸ng ë çc møc cao ®é lÖch kim kh«ng thay ®æi) th× ph¶i

chuyÓn thang ®o lín h¬n.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




D. X¸c ®Þnh b− íc sãng cña chïm tia laser

1. Sau khi x¸c ®Þnh vÞ trÝ v©n s¸ng gi÷a (v©n s¸ng nhÊt) ta vÆn tõ tõ pame P ®Ó ®okho¶ng çch L cña 4 v©n n»m ®èi xøng hai bªn v©n s¸ng gi÷a øng víi k = 0 b»ngçch: tõ vÞ trÝ v©n s¸ng gi÷a (k = 0) ta vÆn tõ tõ panme ®Ó t×m v©n s¸ng k = 2, vÞtrÝ cña nã ®äc trªn panme lµ x2. Sau ®ã vÆn panme theo chiÒu ng− îc l¹i ®Ó t×m v©n

s¸ng k = -2, vÞ trÝ cña v©n s¸ng nµy lµ x 1. Kho¶ng çch 12 xxL −= . Ghi çc gi¸

trÞ x1, x2, L vµo b¶ng 1. BÒ réng cña v©n cã gi¸ trÞ b»ng:

4

Li = (13)

Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 3 lÇn ®Ó tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña L.Tõ c«ng thøc tÝnh b− íc sãng trong giao thoa khe Young ta cã:

D4

eL

D

ei==λ (14)

E. Kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trªn ¶nh giao thoa cho bëi khe Young

V× c− êng ®é s¸ng trong ¶nh giao thoa cña chïm tia laser tû lÖ víi c− êng®é dßng ®iÖn trªn micr«ampekÕ Aµ , nªn ta cã thÓ kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é

s¸ng trong ¶nh giao thoa cña chïm tia laser b»ng çch kh¶o s¸t sù biÕn thiªnc− êng ®é I cña dßng quang ®iÖn phô thuéc vµo vÞ trÝ x cña çc v©n s¸ng (cùc ®¹igiao thoa) n»m ë hai bªn v©n s¸ng gi÷a.

Trong thÝ nghiÖm nµy ta kh¶o s¸t ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong kho¶ng L1 t− ¬ng øng víi 5 v©n, n»m ®èi xøng hai phÝa cña v©n s¸ng trung t©m.

Muèn vËy, ta vÆn tõ tõ panme ®Ó dÞch khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn QPvÒ vÞ trÝ gi÷a v©n s¸ng bËc 2 vµ bËc 3, s¸t v©n s¸ng bËc 2. Sau ®Êy vÆn tõ tõ panme

®Ó dÞch khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn tõng 0,10mm vÒ phÝa v©n s¸ng bËc 2phÝa bªn kia trªn kho¶ng L1, ®äc vµ ghi gi¸ trÞ c− êng ®é I cña dßng quang ®iÖn

trªn micr«ampekÕ µA t− ¬ng øng víi çc vÞ trÝ nµy (to¹ ®é cña vÞ trÝ khe hë ®äctrªn panme). PhÐp ®o hoµn thµnh khi khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn ®i qua v©ns¸ng bËc 2 bªn kia cña kho¶ng L1.

Chó ý : §Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ çc ®Ønh cña v©n s¸ng khi ®o ®Õn çcvÞ trÝ nµy cã thÓ mçi lÇn dÞch chuyÓn khe hë cña c¶m biÕn bÐ h¬n 0,1mm.

§äc vµ ghi gi¸ trÞ c− êng ®é I cña dßng quang ®iÖn trªn micr«ampekÕ Aµ

t− ¬ng øng víi vÞ trÝ x cña mçi v©n s¸ng trªn panme P vµo b¶ng sè liÖu 2.

Dùa vµo sè liÖu nµy, vÏ ®å thÞ I = f(x) ®Ó x¸c ®Þnh sù ph©n bè c− êng ®és¸ng trong ¶nh giao thoa cña chïm tia laser truyÒn qua khe Young.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




5.2. B¸o ço thÝ nghiÖm (mÉu 2)

Kh¶o s¸t giao thoa qua khe Young dïng tia laser.X¸c ®Þnh b− íc sãng ¸nh s¸ng chïm tia laser


Líp ...............................KÝp..........Nhãm ............Hä tªn ...........................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


1/ X¸c ®Þnh b− íc sãng cña chïm tia laser.

B¶ng 1- Kho¶ng çch gi÷a hai khe hë S1, S2: e = .... (mm)- Kho¶ng çch gi÷a mµn ¶nh A vµ khe Young Y: D = ... (mm)- §é chÝnh x¸c cña panme: x∆ = ... (mm)

LÇn ®o x1i x2i i1i2i xxL −= iL∆

i = 1...

3

Trung b×nh × × L = ... (mm) L∆ = ... (mm) C¨n cø vµo sè liÖu b¶ng 1:- TÝnh sai sè t− ¬ng ®èi cña b− íc sãng λ

......D

D

e

e

L

L==

∆+

∆+

∆=

λλ∆

=δ

- TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña b− íc sãng λ :

)m...(...D4

Le

µ===λ

- TÝnh sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh cña b− íc sãng λ :

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




)m...(... µ==λδ=λ∆

- KÕt qu¶ ®o cña b− íc sãng λ :

)m...(... µ±=λ∆±λ=λ

2/ Kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser

B¶ng 2

§o tõ tr¸i qua ph¶i theo chiÒu x t¨ng dÇnxi (mm) Ii ( Aµ ) xi (mm) Ii ( Aµ ) xi (mm) Ii ( Aµ ) xi (mm) Ii ( Aµ )

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

- C¨n cø vµo b¶ng sè liÖu 2 vÏ ®å thÞ I = f(x) ®Ó x¸c ®Þnh sù ph©n bè c− êng ®és¸ng trong ¶nh giao thoa cña chïm tia laser truyÒn qua khe Young.

- NhËn xÐt kÕt qu¶ cña b−

íc sãng ®o ®−

îc vµ ®å thÞ ®· vÏ ë trªn.

6.2.C©u hái kiÓm tra

1/ Gi¶i thÝch hiÖn t− îng giao thoa ¸nh s¸ng trong thÝ nghiÖm nµy.2/ Kho¶ng v©n phô thuéc vµo e vµ D nh− thÕ nµo?3/ Ph− ¬ng ph¸p giao thoa khe Young dïng chïm tia laser nµy cã g× kh¸c víiph− ¬ng ph¸p t¹o giao thoa ë mÉu thÝ nghiÖm trªn?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 9: §o b− íc sãng ¸nh s¸ngb»ng ph− ¬ng ph¸p v©n trßn Newton


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn®− îc quan s¸t çc v©n trßn Newton trªn thùc tÕ vµ trang bÞ cho sinh viªn kü n¨ngthùc nghiÖm ®Ó ®o b− íc sãng cña ¸nh s¸ng b»ng ph− ¬ng ph¸p v©n trßn Newton. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o, çch tÝnh b¸n kÝnh çc v©n trßnNewton.

2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch södông kÝnh hiÓn vi, tr¾c vi thÞ kÝnh vµ tr¾c vi vËt kÝnh ®Ó ®o çc kÝch th− íc rÊt nhá.

3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c dùa trªn viÖckh¶o s¸t çc v©n trßn Newton.



2.1. HiÖn t− îng giao thoa

Giao thoa ¸nh s¸ng lµ hiÖn t − îng giao nhau cña hai hay nhiÒu sãng ¸nh

s¸ng kÕt hîp, kÕt qu¶ lµ trong vïng giao thoa sÏ xuÊt hiÖn nh÷ng miÒn s¸ng tèi

kh¸c nhau - gäi lµ çc v©n s¸ng, tèi. Çc v©n nµy n»m xen kÏ nhau t¹o thµnh hÖv©n giao thoa.

Lý thuyÕt ®· cho thÊy r»ng vÞ trÝ cña çc v©n s¸ng hoÆc tèi hoµn toµn phôthuéc vµo hiÖu quang lé cña hai tia s¸ng g©y ra giao thoa.

NÕu vÞ trÝ nµo ®ã trong vïng giao thoa, hiÖu quang lé b»ng sè nguyªn lÇnb− íc sãng:

λ=−=∆ k LLL 12 (1)

th× vÞ trÝ ®ã cã v©n s¸ng.Ng− îc l¹i, nÕu hiÖu quang lé b»ng sè lÎ lÇn nöa b− íc sãng:

2)1k 2(LLL 12

λ+=−=∆ (2)

th× t¹i ®ã cã v©n tèi. Trong c«ng thøc trªn k = 0; ± 1; ± 2; ...

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




2.2. V©n trßn Newton

V©n trßn Newton ®− îc t¹o ranhê hiÖnt− îng giao thoa g©y bëi b¶nmáng cã bÒ dµy thay ®æi. Dông cô ®Ót¹o nªn v©n trßn Newton gåm mét thÊukÝnh ph¼ng låi (hoÆc hai mÆt cïng låi),

®Æt tiÕp xóc víi mÆt kÝnh thuû tinhph¼ng A (h×nh 1). Gi÷a thÊu kÝnh vµb¶n thuû tinh mê A lµ mét líp kh«ng

khÝ cã d¹ng h×nh nªm. Gäi 0 lµ ®Ønh cña nªm, e lµ bÒ dµy cña nªm t¹i vÞ trÝ ®ang xÐt. NÕu chiÕu

chïm s¸ng song song ®¬n s¾c cã b− íc sãng λ vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng cña b¶nthuû tinh A th× çc tia s¸ng ph¶n x¹ tõ çc mÆt trªn vµ mÆt d− íi cña b¶n nªmkh«ng khÝ sÏ giao thoa víi nhau, t¹o thµnh mét hÖ çc v©n s¸ng vµ v©n tèi h×nhtrßn ®ång t©m xen kÏ nhau - gäi lµ hÖ v©n trßn Newton.

XÐt ®− êng ®i cña tia s¸ng khi tia S ®Õn vÞ trÝ I (n»m trªn mÆt låi cña thÊukÝnh: h×nh 2), th× nã bÞ t¸ch ra lµm hai, tia thø nhÊt ph¶n x¹ trë l¹i theo ph− ¬ngIR1, tia thø hai IK ph¶n x¹ trªn mÆt b¶n thuû tinh trë vÒ I råi lã ra theo ph− ¬ngIR2. Hai tia s¸ng nµy lµ hai tia kÕt hîp (v× chóng ®− îc t¸ch ra tõ mét tia) gÆp nhaut¹i I, nªn t¹i I sÏ cã hiÖn t− îng giao thoa. Trong tr− êng hîp nµy, hiÖu quang lécña hai tia s¸ng lµ: e2L =∆ (lÊy chiÕt suÊt n cña kh«ng khÝ b»ng 1). MÆt kh¸c lýthuyÕt ®· chøng minh r»ng khi ¸nh s¸ng ®i vµo m«i tr− êng chiÕt quang h¬n bÞ

ph¶n x¹ trë l¹i, th× hiÖu quang lé céng thªm mét l− îng2

λ, do ®ã:

2e2L λ+=∆ (3)

e

R2

R1

I

K

H×nh 2

0

H×nh 1

e 0

A

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Tõ (3) vµ (1) ta suy ra vÞ trÝ I lµ v©n s¸ng nÕu:

λ=λ

+=∆ k 2

e2L

VËy vÞ trÝ cã bÒ dµy líp kh«ng khÝ:

2)

2

1k (e λ−= (4)

sÏ lµ vÞ trÝ v©n s¸ng .T − ¬ng tù, tõ (2) vµ (3) ta cã:

2)1k 2(

2

1e2L

λ+=+=∆

Suy ra vÞ trÝ cã bÒ dµy líp kh«ng khÝ:

2k e λ= (5)

sÏ lµ vÞ trÝ v©n tèi.Trong çc c«ng thøc trªn k = 0; ± 1; ± 2... gäi lµ bËc giao thoa. V× çc vÞ

trÝ cã cïng ®é dµy n»m trªn mét ®− êng trßn nªn hÖ v©n Newton lµ hÖ v©n trßn(h×nh 3).

Gäi R lµ b¸n kÝnh mÆt låi cña thÊu kÝnh L1. V× ek << R, nªn ¸p dông hÖthøc trong tam gi¸c vu«ng trªn h×nh 3, ta tÝnh ®− îc b¸n kÝnh rk cña v©n tèi thø k:

rk2 = (2R - ek)ek ≈ 2Rek (6)

Thay (5) vµo (6) suy ra b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c:

kR

r 2k =λ (7)

A

L1

ek K

R

rk

ri

H×nh 3WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Thùc tÕ kh«ng thÓ ®¹t ®− îc sù tiÕp xóc lý t− ëng (tiÕp xóc ®iÓm) gi÷a mÆtthÊu kÝnh ph¼ng - låi L1 vµ mÆt ph¼ng tÊm thuû tinh A, nªn chÝnh gi÷a cña hÖ v©ntrßn Newton kh«ng ph¶i lµ mét ®iÓm mµ lµ mét h×nh trßn. V× thÕ, ®Ó x¸c ®ÞnhchÝnh x¸c b− íc sãng λ cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c ta ph¶i ¸p dông c«ng thøc (7) ®èivíi v©n s¸ng (hoÆc tèi) thø k vµ thø i cña hÖ v©n trßn Newton:

rk2 = k λ R; ri

2 = i λ R

Suy ra rk2 - ri

2 = (k - i) λ RTa cã thÓ rót ra:

λ−

+−=

)ik (

)r r (r r R

ik ik (8)

vµR )ik (

)r r (r r ik ik

−

+−=λ (9)

Dùa vµo (8), nÕu biÕt ®− îc λ , vµ ®o b¸n kÝnh v©n thø k vµ v©n thø i ta tÝnh®− îc b¸n kÝnh cña thÊu kÝnh ph¼ng - låi L1. Tõ (9) nÕu biÕt ®− îc R ta tÝnh ®− îcb− íc sãng ¸nh s¸ng ®¬n s¾c λ .

Trong bµi thÝ nghiÖm nµy ta tÝnh b¸n kÝnh R cña thÊu kÝnh L 1 theo c«ngthøc (8), khi dïng ¸nh s¸ng ®¬n s¾c mµu ®á vµ tÝnh b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n

s¾c mµu xanh theo c«ng thøc (9). Çc ®¹i l− îng ik r r − vµ (rk + ri) cã thÓ ®o ®− îc

dÔ dµng b»ng th− íc tr¾c vi thÞ kÝnh cña kÝnh hiÓn vi.S¬ ®å quang häc quan s¸t hÖ v©n trßn Newton ®− îc bè trÝ nh− h×nh 4: ¸nh

s¸ng ph¸t ra tõ ®Ìn § truyÒn qua thÊu kÝnh héi tô L2 ®Ó t¹o thµnh chïm s¸ng songsong, qua kÝnh läc s¾c (®á hoÆc xanh) M, chiÕu vµo mÆt tÊm kÝnh ®Æt nghiªng450. Sau khi võa ph¶n x¹, võa truyÒn qua tÊm kÝnh G, çc tia s¸ng räi vµo thÊukÝnh ph¼ng - låi L1 vµ b¶n ph¼ng thuû tinh A theo ph− ¬ng th¼ng ®øng, råi ph¶n

x¹ trªn hai mÆt cña b¶n nªm kh«ng khÝ vµ giao thoa víi nhau, t¹o thµnh hÖ v©ntrßn Newton ë mÆt trªn cña b¶n nªm kh«ng khÝ. §iÒu chØnh kÝnh hiÓn vi sao chokhi ta nh×n qua thÞ kÝnh T vµ vËt kÝnh V cña kÝnh hiÓn vi thÊy râ nÐt hÖ v©n trßnNewton.

G

A L1

L2M

TV

H×nh 4

§

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm ®o b− íc sãng ¸nh s¸ng b»ng ph− ¬ng ph¸p giao thoa t¹o v©ntrßn Newton gåm:1/ KÝnh hiÓn vi, 2/ Bãng ®Ìn 6V- 10W, 3/ ThÊu kÝnh L2 ®Æt cïng gi¸ víi ®Ìn, 4/KÝnh läc s¾c xanh, ®á, 5/ KÝnh nghiªng 450, 6/ ThÊu kÝnh ph¼ng låi, 7/ MÆt kÝnh

ph¼ng A, 8/ Tr¾c vi vËt kÝnh vµ tr¾c vi thÞ kÝnh.


4.1. §iÒu chØnh kÝnh hiÓn vi vµ hÖ ®Ìn chiÕu s¸ng

- §Æt tÊm thuû tinh ph¼ng A lªn trªn bµn kÝnh hiÓn vi.- §Æt tÊm kÝnh ph¶n x¹ G chÕch 450 so víi trôc cña kÝnh hiÓn vi.- §Æt hÖ ®Ìn vµ thÊu kÝnh héi tô L2 cao h¬n bµn ph¼ng cña kÝnh hiÓn vi sao

cho chïm tia s¸ng chiÕu theo ph− ¬ng vu«ng gãc víi trôc cña kÝnh hiÓn vi.

- Quay g− ¬ng ph¶n x¹ G quanh trôc n»m ngang, tíi khi nh×n qua kÝnh hiÓn vita thÊy thÞ tr− êng lµ s¸ng nhÊt (gãc chÕch ®óng 450), xiÕt chÆt èc gi÷ kÝnh.

- DÞch chuyÓn thÊu kÝnh L2 mét chót ®Ó khi nh×n trong kÝnh, thÞ tr− êng s¸ngcùc ®¹i (¶nh cña d©y tãc bãng ®Ìn qua L2 ë ®óng trªn tÊm kÝnh ph¼ng A).

- §Æt mét sîi tãc lªn trªn tÊm kÝnh A vµ chØnh èc V cña kÝnh hiÓn vi cho ®Õnkhi nh×n râ nÐt sîi tãc.

4.2. T×m ¶nh cña hÖ v©n trßn Newton

- §Æt kÝnh läc s¾c mµu ®á.

- LÊy tÊm kÝnh A ra, dïng v¶i mÒm lau nhÑ bôi trªn kÝnh A vµ thÊu kÝnh L 1.§Æt thÊu kÝnh L1 lªn trªn tÊm kÝnh A råi ®Æt vµo bµn kÝnh hiÓn vi.

- Xª dÞch tÊm kÝnh A ®Ó ®Ønh 0 cña thÊu kÝnh n»m trªn trôc cña kÝnh hiÓn vi.§iÒu chØnh vËt kÝnh lªn cao hoÆc xuèng thÊp cho tíi khi thÊy râ hÖ v©n. NÕuhÖ v©n ch− a râ th× chØnh l¹i nóm V mét chót.

- NÕu thÊy v©n gi÷a lµ v©n s¸ng th× chøng tá thÊu kÝnh vµ tÊm kÝnh A tiÕp xócch− a tèt v× cßn bôi nªn ph¶i lau l¹i kÝnh A vµ thÊu kÝnh L 1.

4.3. §o kho¶ng çch (rk + ri) = B vµ br r ik =− . (Chän i = 1; k ≥ 4)

- §iÒu chØnh vÝt vi cÊp vµ hÖ v©n sao cho v©n tèi thø k (hoÆc v©n tèi thø i)n»m tiÕp xóc víi d©y ch÷ thËp cña tr¾c vi thÞ kÝnh (h×nh 5).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- VÆn tõ tõ vÝt vi cÊp cña th− íc tr¾c vi thÞ kÝnh ®Ó di chuyÓn giao ®iÓm cñad©y ch÷ thËp ®Õn ®iÓm K n»m phÝa bªn tr¸i cña v©n tèi thø k. §äc vµ ghi gi¸ trÞ sè®o nk trªn th− íc tr¾c vi øng víi vÞ trÝ cña ®iÓm K vµo b¶ng 1.

- TiÕp ®ã di chuyÓn giao ®iÓm cña d©y ch÷ thËp ®Õn ®iÓm I n»m phÝa bªnph¶i cña v©n tèi thø i (chän i = 1) øng víi v©n tèi nhá nhÊt). §äc vµ ghi sè ®o n i trªn th− íc tr¾c vi vµo b¶ng 1.

- Cuèi cïng di chuyÓn giao ®iÓm cña d©y ch÷ thËp ®Õn ®iÓm 'K n»m phÝa

bªn ph¶i cña v©n tèi thø k. §äc vµ ghi sè ®o '

k n trªn th− íc tr¾c vi vµo b¶ng 1.

- Thùc hiÖn phÐp ®o 5 lÇn ë mçi vÞ trÝ b»ng çch lÆp l¹i çc ®éng t¸c trªn.KÕt qu¶ ®o ®− îc ghi vµo b¶ng 1.

Gi÷ nguyªn vÞ trÝ cña kÝnh hiÓn vi, thay kÝnh läc s¾c mµu ®á b»ng kÝnhmµu xanh. Quan s¸t qua thÞ kÝnh ta thÊy v©n mµu xanh, nÕu v©n kh«ng nÐt ph¶i®iÒu chØnh cho nÐt. Çch ®o t− ¬ng tù nh− trªn, kÕt qu¶ ®o ®− îc ghi vµo b¶ng 2.

V× kÝch th− íc cña hÖ v©n trßn Newton ®− îc phãng ®¹i lªn β lÇn qua kÝnh

hiÓn vi, nªn gi¸ trÞ thùc (tÝnh ra mm) cña çc ®¹i l− îng B vµ b ph¶i chia cho hÖ sèphãng ®¹i β .

4.4. T×m hÖ sè phãng ®¹i β cña kÝnh hiÓn vi

Tr¾c vi vËt kÝnh dïng ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè phãng ®¹i, ë ®©y lµ mét b¶n kim

lo¹i dµy trªn cã mang mét g−

¬ng trßn, trªn g−

¬ng cã kh¾c mét th−

íc cã ®é dµi1mm ®− îc chia thµnh 100 v¹ch, mçi v¹ch cã gi¸ trÞ lµ 0,01 mm. NhÊc tÊm kÝnh Avµ thÊu kÝnh L1 ra, ®Æt tr¾c vi vËt kÝnh vµo bµn cña kÝnh hiÓn vi, chó ý ®Ó mÆt

H×nh 5

0 8

K 'K

I

B b

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




mang th− íc h− íng lªn trªn vµ th− íc n»m ngang theo th− íc chia cña tr¾c vi thÞkÝnh.

§iÒu chØnh kÝnh hiÓn vi ®Ó tr«ng thÊy râ nÐt c¶ 100 v¹ch trªn tr¾c vi vËtkÝnh. §o ®é dµi ¶nh 100 v¹ch cña th− íc b»ng çch dÞch vÝt vi ®éng cña tr¾c vi thÞkÝnh cho v¹ch ®Çu tiªn bªn tr¸i trïng víi giao ®iÓm ch÷ thËp, ®äc gi¸ trÞ x1. Sau®ã vÆn vÝt vi ®éng ®Ó v¹ch cuèi cïng cña th− íc phÝa bªn ph¶i trïng víi dao ®iÓm

ch÷ thËp, ®äc gi¸ trÞ x2, ghi vµo b¶ng 3. Gi¶ sö ®é dµi cña ¶nh lµ l 2, biÕt ®é dµithùc lµ l1 = 1mm ta tÝnh ®− îc hÖ sè phãng ®¹i cña kÝnh lµ:

1

12

1

2

l

xx

l

l −==β (10)

4.5. TÝnh b¸n kÝnh R cña thÊu kÝnh L1 vµ b− íc sãng λ cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c.

)ik (

Bb

)ik (

r r )r r (R

22

ik ik

−λβ=

−λβ

−+= (11)

vµ )ik (R

Bb

)ik (R

r r )r r (22

ik ik

−β=−β

−+

=λ (12)

Tõ c«ng thøc (12) tÝnh sai sè tû ®èi vµ sai sè tuyÖt ®èi cña b− íc sãng ¸nhs¸ng xanh.

Chó ý: Çc thao t¸c cÇn nhÑ nhµng tr¸nh g©y x©y x¸t mÆt kÝnh. §iÒu chØnhkÝnh hiÓn vi lªn cao, xuèng thÊp ph¶i tõ tõ, tr¸nh ch¹m vËt kÝnh vµo çc vËt ®Ættrªn bµn kÝnh hiÓn vi.

Lµm thÝ nghiÖm xong lau chïi dông cô cÈn thËn vµ cÊt vµo hép.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





®o b− íc sãng ¸nh s¸ngb»ng ph− ¬ng ph¸p v©n trßn Newton


Líp ............................................KÝp ........... Nhãm ......................Hä vµ tªn: ..................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng 1§o b¸n kÝnh R cña thÊu kÝnh L1, dïng ¸nh s¸ng ®á

§/l− îng

LÇn ®oijn kjn '

kjn ijkj j nnB −= jB∆ ij

'

kj j nn b −= j b∆

j = 1… 5

Trung b×nh × × ×

B¶ng 2§o b− íc sãng ¸nh s¸ng xanh

§/l− îngijn kjn '

kjn ijkj j nnB −= jB∆ ij

'

kj j nn b −= j b∆

j = 1… 5

Trung b×nh × × ×

LÇn ®o

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B¶ng 3X¸c ®Þnh hÖ sè phãng ®¹i cña kÝnh hiÓn vi

LÇn ®o x1j x2j j1 j2 j2 xxl −= 1

j2

jl

l=β

j = 1…

5

Trung b×nh × ×

Dùa vµo b¶ng 1 vµ 3 tÝnh R vµ sai sè t− ¬ng ®èi vµ sai sè tuyÖt ®èi cña R.

Dùa vµo b¶ng 2 vµ 3 tÝnh λ vµ sai sè t− ¬ng ®èi vµ sai sè tuyÖt ®èi cña λ .KÕt qu¶ viÕt d− íi d¹ng:

)m...(...

)m...(...R R R

±=λ∆±λ=λ

±=∆±=


1/ §Þnh nghÜa vµ nªu râ ®iÒu kiÖn ®Ó cã giao thoa ¸nh s¸ng.2/ Gi¶i thÝch sù t¹o thµnh v©n trßn Newton? T¹i sao ë t©m l¹i lµ v©n tèi?3/ NÕu t¨ng kho¼ng çch gi÷a thÊu kÝnh vµ tÊm kÝnh ph¼ng th× hÖ v©n thay ®æi thÕnµo?4/ T¹i sao ph¶i x¸c ®Þnh λ theo c«ng thøc (9) mµ kh«ng ph¶i lµ c«ng thøc (7).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 10: Kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹Cña ¸nh s¸ng laser qua mét khe hÑp


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn®− îc quan s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹ cña ¸nh s¸ng trªn mét khe hÑp vµ trang bÞ chosinh viªn kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó nghiªn cøu thùc nghiÖm hiÖn t− îng nhiÔu x¹¸nh s¸ng qua mét khe hÑp. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ hiÖn t− îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng trªn mét khe hÑp.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch sö

dông laser b¸n dÉn vµ m¸y ®o c− êng ®é s¸ng.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu

x¹ cña chïm tia laser trªn nh÷ng khe hÑp cã bÒ réng kh¸c nhau.4. BiÕt tÝnh b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c dùa trªn kÕt qu¶ kh¶o s¸t ph©n bè c− êng

®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹. 5. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng lµ hiÖn t− îng çc tia s¸ng bÞ lÖch khái ph− ¬ng truyÒnth¼ng khi ®i qua çc vËt ch− íng ng¹i (lç trßn nhá, khe hÑp...) HiÖn t− îng nµykh«ng thÓ gi¶i thÝch ®− îc b»ng çc ®Þnh luËt quang h×nh häc mµ ph¶i dùa vµo b¶n

chÊt sãng cña ¸nh s¸ng ®Ó gi¶i thÝch. D− íi ®©y ta kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹cña chïm tia s¸ng song song ®¬n s¾c øng víi çc sãng ph¼ng khi chiÕu qua khehÑp.

2.1. NhiÔu x¹ qua mét khe hÑp

ChiÕu mét chïm tia s¸ng song song ®¬n s¾c cã b− íc sãng λ vu«ng gãc víimÆt cña khe hÑp AB cã ®é réng b. Sau khi truyÒn qua khe hÑp, çc tia s¸ng bÞ

nhiÔu x¹ theo nhiÒu ph− ¬ng. NÕu ta t¸ch çc tia nhiÔu x¹ theo mét ph− ¬ng ϕ nµo®ã (ph− ¬ng hîp víi ph¸p tuyÕn cña mÆt ph¼ng khe hÑp), chïm tia nµy sÏ giao

thoa víi nhau t¹i v« cïng. §Ó dÔ dµng quan s¸t, ta ®Æt mét thÊu kÝnh héi tô L ëngay sau khe hÑp AB, chïm tia nhiÔu x¹ nµy sÏ héi tô t¹i ®iÓm M trªn mÆt ph¼ng

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




tiªu cña thÊu kÝnh (h×nh 1). Víi çc gi¸ trÞ ϕ kh¸c nhau, chïm tia nhiÔu x¹ sÏ héi

tô t¹i çc ®iÓm kh¸c nhau. Tuú theo gi¸ trÞ cña gãc ϕ, ®iÓm M cã thÓ s¸ng hoÆctèi vµ sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trªn mµn ¶nh E ®Æt t¹i mÆt ph¼ng tiªu cña thÊu

kÝnh L sÏ phô thuéc vµo gi¸ trÞ sinϕ.

XÐt çc tia nhiÔu x¹ theo ph− ¬ng ϕ bÊt kú. Ta vÏ çc mÆt ph¼ng Σ0, Σ1,

Σ2... çch nhau λ /2 vµ vu«ng gãc víi çc chïm tia nhiÔu x¹. Çc mÆt ph¼ng nµychia mÆt ph¼ng khe AB thµnh çc d¶i s¸ng rÊt hÑp cã ®é réng b»ng nhau:

ϕλ

===sin2

...AAAA 211

Vµ sè d¶i s¸ng n»m trªn mÆt ph¼ng khe hÑp lµ:

λϕ

=

ϕλ

=sin b2

sin2

bn (1)

V× çc tia nhiÔu x¹ tõ hai d¶i kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M cã hiÖu quang lé

b»ng λ /2 nªn dao ®éng s¸ng cña chóng ng− îc pha vµ khö nhau. Tõ ®ã suy ra çckÕt qu¶ sau:

- NÕu khe hÑp chøa sè ch½n d¶i s¸ng: n = 2k (k lµ sè nguyªn), th× dao ®éngs¸ng do tõng cÆp d¶i kÕ tiÕp g©y ra t¹i M sÏ khö lÉn nhau vµ ®iÓm M sÏ tèi - gäi

A

B

A1

L

F

M

E

ϕ

A2

A3

A4 ∑0

∑1

∑2

∑3∑4

H×nh 1

λ /2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




lµ cùc tiÓu nhiÔu x¹. VÞ trÝ cña cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªn mÆt ph¼ng tiªu cña thÊukÝnh L ®− îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc:

k 2sin b2

=λ

ϕ

hay b

k sin λ=ϕ (2)

Trong ®ã k = ± 1; ± 2 ... trõ k = 0Khi k = 0 th× ϕ = 0 çc tia s¸ng truyÒn th¼ng sÏ héi tô t¹i tiªu ®iÓm F cña

thÊu kÝnh L, çc tia s¸ng nµy cã cïng quang lé, chóng dao ®éng cïng pha nªnt¨ng c− êng lÉn nhau. Do ®ã t¹i F rÊt s¸ng - gäi lµ cùc ®¹i gi÷a.

- NÕu khe hÑp chøa sè lÎ d¶i s¸ng n = 2k + 1 th× dao ®éng s¸ng do tõngcÆp d¶i kÕ tiÕp g©y ra t¹i ®iÓm M sÏ khö lÉn nhau chØ cßn dao ®éng s¸ng do d¶is¸ng lÎ thø 2k + 1 g©y ra t¹i t¹i ®iÓm M kh«ng bÞ khö.

KÕt qu¶ ®iÓm M sÏ s¸ng nh− ng c− êng ®é s¸ng cña nã nhá h¬n nhiÒu sovíi cùc ®¹i gi÷a vµ gäi lµ cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc k (k ≠ 0). VÞ trÝ cña çc cùc ®¹i

nhiÔu x¹ bËc k trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L ®− îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc:1k 2

sin b2+=

λϕ

hay b2

)1k 2(sin λ+=ϕ (3)

víi k = 1, ± 2, ± 3 ...trõ k = 0, -1 v× øng víi vÞ trÝ ®ã b2

sin λ±=ϕ c− êng ®é s¸ng

kh«ng thÓ cã gi¸ trÞ cùc ®¹i.

I0

I1 = 0,045 I0

I2 = 0,016 I0

I

sin ϕ

b

λ −

b

λ b

λ 2−

b

λ 2

0

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




VÞ trÝ cña çc cùc ®¹i, cùc tiÓu nhiÔu x¹ vµ sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng I cña

çc cùc ®¹i nhiÔu x¹ phô thuéc vµo gi¸ trÞ sinϕ nh− h×nh 2. Ta dÔ dµng nhËn thÊycùc ®¹i gi÷a cã ®é réng gÊp hai lÇn ®é réng çc cùc ®¹i kh¸c vµ c − êng ®é s¸ng I0 cña cùc ®¹i gi÷a lín h¬n nhiÒu so víi çc cùc ®¹i kh¸c n»m ®èi xøng hai bªn nã.Së dÜ nh− vËy v× çc cùc ®¹i I1, I2 chØ do dao ®éng s¸ng cña mét d¶i g©y ra cßnc− êng ®é s¸ng cña cùc ®¹i gi÷a lµ do çc dao ®éng cïng pha tõ toµn bé mÆtph¼ng khe g©y ra. Do ®ã ta cã thÓ coi toµn bé ¸nh s¸ng tËp trung ë cùc ®¹i gi÷a.

Khi gãc α t¨ng ®é réng çc d¶i s¸ng AA1, A1A2... gi¶m, v× vËy c− êng ®é s¸ngqua tõng d¶i Êy còng gi¶m, do ®ã c− êng ®é s¸ng cña çc cùc ®¹i s¸ng cµng xacùc ®¹i trung t©m (k = 0) cµng gi¶m.

Ng− êi ta ®· tÝnh tû lÖ gi÷a c− êng ®é s¸ng I1, I2... so víi c− êng ®é s¸ng I0 cña cùc ®¹i gi÷a I1 = 0,045I0; I2 = 0,016I0.

Nh×n vµo çc biÓu thøc (2) vµ (3) ta thÊy vÞ trÝ çc cùc ®¹i vµ cùc tiÓunhiÔu x¹ trªn mµn E kh«ng phô thuéc vµo vÞ trÝ cña khe hÑp AB. NÕu ta dÞchchuyÓn khe song song víi chÝnh nã (gi÷ thÊu kÝnh vµ mµn cè ®Þnh) th× ¶nh nhiÔu

x¹ trªn mµn E kh«ng thay ®æi.

Tõ hÖ thøc (2) khi k = ± 1 ta cã: b

sin λ±=ϕ

theo h×nh 3 ta cã ®é réng ϕ= tg.f 2a .

Víi gãc ϕ lµ nhá th× ϕ=ϕ sintg mµf 2

atg =ϕ suy ra:

f 2

ab=λ (4)

Nh− vËy nÕu ®o ®− îc a - lµ ®é réng cña cùc ®¹i gi÷a, biÕt ®é réng cña khelµ b vµ tiªu cù f cña thÊu kÝnh ta tÝnh ®− îc b− íc sãng λ cña chïm tia laser.

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹ cña chïm tia laserchiÕu qua mét khe hÑp, vÏ ®å thÞ biÓu diÔn sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng cña cùc ®¹i

E

L

ϕ

f

F a

H×nh 3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




chÝnh n»m gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh øng víi k = ± 1 vµ x¸c ®Þnh b− íc sãng λ cñachïm tia laser.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua mét khe hÑp (h×nh 4)

gåm:1. Nguån laser b¸n dÉn (5mW-220V).2. C¶m biÕn quang ®iÖn (photodiode silicon).3. Bé khÕch ®¹i vµ chØ thÞ c− êng ®é s¸ng cña ¶nh nhiÔu x¹ tialaser.4. Th− íc tr¾c vi (panme), chÝnh x¸c 0,01mm.5. Çc khe hÑp cã ®é réng 0,05; 0,10; 0,20 mm.6. ThÊu kÝnh cã ®é tô 1 ®ièp.7. Hép b¶o vÖ khe hÑp cã nóm ®iÒu chØnh.

8. èng che s¸ng dµi 50cm.9. HÖ thèng gi¸ ®ì thÝ nghiÖm.10. Mµn quan s¸t ¶nh nhiÔu x¹ tia laser.

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua mét khe hÑp

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





4.1. Bé thiÕt bÞ kh¶o s¸t nhiÔu x¹ cña tia laser (h×nh 5)

Bé thiÕt bÞ gåm mét diode laser DL (3,8V- 5mW) ph¸t ra chïm tia mµu ®áchiÕu vu«ng gãc vµo mÆt ph¼ng cña khe hÑp AB (dïng khe cã ®é réng 0,10mm).Chïm tia laser bÞ nhiÔu x¹ truyÒn qua thÊu kÝnh héi tô L (cã tiªu cù f = 1,000m)vµ cho ¶nh nhiÔu x¹ trªn mÆt ph¼ng tiªu cña thÊu kÝnh (tøc mµn E).

§Ó kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trªn ¶nh nhiÔu x¹, ta dïng c¶m biÕnquang ®iÖn silicon Q§ g¾n víi ®Çu trôc cña th− íc panme P. Khi vÆn çn cñapanme, c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ cã thÓ di chuyÓn trªn mµn ¶nh E (b»ngkim lo¹i). Toµn bé thiÕt bÞ thÝ nghiÖm ®− îc ®Æt trªn cïng mét gi¸ quang häc G.TÝn hiÖu laser räi vµo c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ ®− îc ®− a vµo bé khuÕch®¹i vµ chØ thÞ phæ nhiÔu x¹ K§ nhê mét chèt c¾m nhiÒu ®Çu A.

4.2. T×m ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser qua mét khe hÑp

a. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé nguån nu«i diode laser DL vµo nguån ®iÖn xoaychiÒu 220V. BËt c«ng t¾c K1 cña diode laser DL, ta nhËn ®− îc chïm tia mµu ®á.

- VÆn çn th− íc tr¾c vi P (panme) ®Ó sè ®o ë vÞ trÝ 12mm. Níi láng çc vÝth·m, råi quay ngang khe hÑp AB ®Ó kh«ng ch¾n chïm tia laser.

- NhÊc h¼n èng che s¸ng ra ngoµi.- §iÒu chØnh vÞ trÝ cña diode laser DL sao cho cöa sæ cña nã n»m ë cïng ®é

cao víi khe hë cña mÆt c¶m biÕn quang ®iÖn Q§.b. Thùc hiÖn viÖc “chuÈn trùc” ®èi víi hÖ quang häc.

H×nh 5: S¬ ®å thiÕt bÞ kh¶o s¸t nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua mét khe hÑp.

Aµ

1 10 100“0”Rf

K A + -

K§

K1 AB L

E

Q§P

B

G

DL

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






4.4. Kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é trong ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser

V× c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser tû lÖ víi c− êng ®é I cña dßngquang ®iÖn trªn micr«ampe kÕ, nªn ta cã thÓ kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ngtrªn ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser qua khe hë hÑp AB (dïng khe cã ®é réng b =0,10mm), b»ng çch kh¶o s¸t sù biÕn thiªn cña c− êng ®é I cña dßng quang ®iÖnphô thuéc vµo vÞ trÝ x n»m gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh øng víi k = ±2 trªn ¶nh nhiÔu

x¹ cña chïm tia laser.Muèn thÕ, ta xoay çn cña panme P ®Ó dÞch chuyÓn tõ tõ khe hë cña c¶m

biÕn quang ®iÖn Q§ gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 2 trªn ¶nh nhiÔu x¹, mçi lÇn dÞchchuyÓn panme ®i mét ®o¹n b»ng 0,05mm. §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ I cña c− êng ®édßng ®iÖn t− ¬ng øng víi mçi vÞ trÝ x vµo b¶ng 1.

Chó ý: ë vÞ trÝ x mµ c− êng ®é s¸ng I cùc ®¹i, ta di chuyÓn panme tõng0,01mm vÒ hai phÝa ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ çc ®Ønh cho chÝnh x¸c.

C¨n cø vµo b¶ng sè liÖu nµy vÏ ®å thÞ I = f(x)

4.5. TÝnh b− íc sãng cña chïm tia laserMuèn tÝnh b− íc sãng λ, dùa vµo c«ng thøc (4) ta cÇn ph¶i ®o a, khi cho

biÕt f vµ ®é réng cña khe b. §o a b»ng çch ®o kho¶ng çch gi÷a hai cùc tiÓu bËcnhÊt cña çc khe cã bÒ réng kh¸c nhau 0,10mm, 0,20mm. Mçi khe cã ®é réng bnãi trªn ta thùc hiÖn phÐp ®o a 3 lÇn. Ghi çc gi¸ trÞ a vµo b¶ng 2.

C¨n cø vµo b¶ng 2 tÝnh b− íc sãng cña chïm tia laser øng víi tõng ®é réng

b, tÝnh sai sè t− ¬ng ®èi vµ sai sè tuyÖt ®èi cña b− íc sãng λ cña chïm tia laser.ViÕt kÕt qu¶ vµ nhËn xÐt.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹cña ¸nh s¸ng laser qua mét khe hÑp

Líp .................................. X¸c nhËn cña gi¸o viªn

KÝp ............Nhãm ............Hä tªn...............................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


5.1. Kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser

B¶ng 1- §é chÝnh x¸c cña panme: ...(mm)

- §é chÝnh x¸c cña micr«ampekÕ: ... (µ A)

xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA)... ... ... ... ... ... ... ...

VÏ ®å thÞ I = f(x): (trªn giÊy vÏ ®å thÞ)5.2. X¸c ®Þnh b− íc sãng cña chïm tia laser

B¶ng 2Tiªu cù cña thÊu kÝnh héi tô: f = ...(mm)§é chÝnh x¸c cña th− íc milimÐt: ...(mm)§é chÝnh x¸c cña panme: ...(mm)

§é réng cña khe hÑp 1: b = ...(mm) §é réng cña khe hÑp 2: b = ... (mm)

LÇn ®o ai ∆ai LÇn ®o ai ∆ai

i = 1...

3

i = 1...

3

Trung b×nh Trung b×nh

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó ý: Sai sè tuyÖt ®èi cña çc ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp b»ng tæng sai sètrung b×nh cña çc lÇn ®o vµ sai sè cña dông cô.a/ Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o:

......a

a

f

f

b

b==

∆+

∆+

∆=

λλ∆

=δ

b/ Gi¸ trÞ trung b×nh cña phÐp ®o:

)m...(...f 2

a b µ===λ

c/ Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o:

)m...(... µ==λδ=λ∆

d/ KÕt qu¶ cña phÐp ®o:

)m...(... µ±=λ∆±λ=λ

Chó ý: Víi mçi khe thùc hiÖn mét phÐp tÝnh to¸n vµ xö lý sè liÖu.


1. §Þnh nghÜa hiÖn t− îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng. M« t¶ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ ph− ¬ngph¸p kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser.2. Nªu ®iÒu kiÖn cã cùc ®¹i vµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ qua mét khe?

3. Ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh b− íc sãng λ cña chïm tia laser trong bµi thÝ nghiÖm nµycã ®é chÝnh x¸c phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn g×? V× sao?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 11: kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹Cña ¸nh s¸ng laser qua çch tö ph¼ng


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn®− îc lµm quen víi çch tö nhiÔu x¹, quan s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹ cña ¸nh s¸ngtrªn mét çch tö ph¼ng vµ trang bÞ cho sinh viªn kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó nghiªncøu thùc nghiÖm hiÖn t− îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser trªn mét çch tö ph¼ng. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ hiÖn t− îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng trªn mét çch tö nhiÔux¹.

2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch södông laser b¸n dÉn vµ m¸y ®o c− êng ®é s¸ng.

3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔux¹ cña chïm tia laser trªn mét çch tö ph¼ng.

4. BiÕt tÝnh b− íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c dùa trªn kÕt qu¶ kh¶o s¸t ph©n bè c− êng®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹.



NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng lµ hiÖn t− îng çc tia s¸ng bÞ lÖch khái ph− ¬ng truyÒnth¼ng khi ®i qua çc vËt ch− íng ng¹i (lç trßn nhá, khe hë hÑp...). D− íi ®©y ta

kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song øng víi çc sãngph¼ng.

2.1. NhiÔu x¹ qua mét khe hÑp

ChiÕu mét chïm tia s¸ng song song ®¬n s¾c cã b− íc sãng λ vu«ng gãc víimÆt ph¼ng cña khe hÑp AB cã ®é réng b. Sau khi truyÒn qua khe hÑp, çc tia s¸ngbÞ nhiÔu x¹ theo mäi ph− ¬ng vµ giao thoa víi nhau. Muèn quan s¸t ¶nh giao thoacña çc tia nhiÔu x¹ song song theo ph− ¬ng hîp víi ph¸p tuyÕn cña mÆt khe mét

gãc lÖch ϕ, ta ®Æt mét thÊu kÝnh L ë phÝa sau khe hÑp AB ®Ó héi tô çc tia nhiÔu

x¹ nµy t¹i ®iÓm M n»m trªn tiªu diÖn cña thÊu kÝnh (h×nh 1). Khi ®ã ®iÓm M cã

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




thÓ s¸ng hoÆc tèi vµ sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng I trªn mµn ¶nh E ®Æt t¹i mÆt tiªu

cña thÊu kÝnh L sÏ phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña sinϕ.

Thùc vËy, ta h·y vÏ çc mÆt ph¼ng Σ0, Σ1, Σ2,... vu«ng gãc víi chïm tia

nhiÔu x¹ vµ n»m çch nhau λ /2. Çc mÆt ph¼ng nµy chia mÆt ph¼ng cña khe ABthµnh çc d¶i s¸ng rÊt hÑp cã ®é réng b»ng

nhau:AA1 = A1A2 = ... =

ϕλ

sin2

vµ sè d¶i s¸ng n»m trªn mÆt ph¼ng cña khehÑp b»ng:

λϕ

=ϕλ

=sin b2

sin2/

bn (1)

V× çc tia nhiÔu x¹ tõ hai d¶i s¸ngkÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M cã hiÖu quang lé

b»ng λ /2, nªn dao ®éng s¸ng cña chóngng− îc pha vµ khö lÉn nhau. Tõ ®ã suy raçc kÕt qu¶ sau:

- NÕu khe hÑp chøa mét sè ch½n çc d¶i s¸ng: n = 2k (víi k lµ sè nguyªn),th× dao ®éng s¸ng do mçi cÆp d¶i s¸ng kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M sÏ khö lÉn nhauvµ ®iÓm M lµ mét ®iÓm tèi - gäi lµ cùc tiÓu nhiÔu x¹. VÞ trÝ cña çc cùc tiÓu nhiÔux¹ trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L ®− îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc:

k 2sin b2

=λ

ϕ hay

bk sin

λ=ϕ (2)

víi k = ±1, ± 2.., trõ k = 0

Theo (2), khi k = 0 th× ϕ = 0: çc tia s¸ng truyÒn th¼ng qua khe hÑp AB vµhéi tô t¹i tiªu ®iÓm F cña thÊu kÝnh L. Çc tia nµy cã cïng quang lé nªn t¹i tiªu®iÓm F, chóng dao ®éng cïng pha vµ t¨ng c− êng lÉn nhau. Do ®ã ®iÓm F lµ mét®iÓm rÊt s¸ng - gäi lµ cùc ®¹i gi÷a (k = 0).

- NÕu khe hÑp chøa mét sè lÎ çc d¶i s¸ng: n = 2k + 1 th× dao ®éng s¸ngdo mçi cÆp d¶i s¸ng kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M sÏ khö lÉn nhau, chØ cßn l¹i dao®éng s¸ng do d¶i s¸ng lÎ thø 2k +1 g©y ra t¹i ®iÓm M kh«ng bÞ khö. Do ®ã ®iÓm

M còng lµ ®iÓm s¸ng, nh− ng c− êng ®é s¸ng cña nã nhá h¬n nhiÒu so víi cùc ®¹igi÷a vµ gäi lµ cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc k (k ≠ 0). VÞ trÝ cña çc cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc ktrªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L ®− îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc:

A

B

A1

L

F

M

E

ϕ

A2

A3

A4 ∑0

∑1

∑2

∑3

∑4

H×nh 1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b2)1k 2(sinhay1k 2

sin b2 λ+=ϕ+=

λϕ

(3)

víi k = 1, ±2... trõ k = 0, -1.

VÞ trÝ cña çc cùc ®¹i vµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªn mµn ¶nh E (®Æt trïng víimÆt tiªu cña thÊu kÝnh L) vµ sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng I cña çc cùc ®¹i nhiÔu x¹

phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña sinϕ nh− h×nh 2. DÔ dµng nhËn thÊy cùc ®¹i gi÷a cã ®é

réng lín gÊp ®«i (b»ng b

2λ

) vµ cã c− êng ®é s¸ng lín h¬n nhiÒu so víi çc cùc

®¹i nhiÔu x¹ kh¸c n»m ®èi xøng vÒ hai phÝa cña nã. Dùa vµo lý thuyÕt, ng− êita ®· tÝnh ®− îc tû lÖ gi÷a c− êng ®é s¸ng I1, I2... cña çc cùc ®¹i nhiÔu x¹ thøk = 1, 2... so víi c− êng ®é s¸ng I0 cña cùc ®¹i gi÷a:

016,0II;047,0

II

0

2

0

1 == ... (4)

Çc hÖ thøc (2) vµ (3) chøng tá vÞ trÝ çc cùc ®¹i vµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªnmµn ¶nh E kh«ng phô thuéc vÞ trÝ cña khe hÑp AB. V× thÕ nÕu dÞch chuyÓn khehÑp song song víi chÝnh nã (gi÷ cè ®Þnh thÊu kÝnh vµ mµn ¶nh), th× ¶nh nhiÔu x¹trªn mµn ¶nh E kh«ng thay ®æi.

2.2. NhiÔu x¹ qua çch tö ph¼ng

TËp hîp mét sè lín khe hÑp gièng nhau, n»m songsong vµ çch ®Òu nhau trªn cïng mét mÆt ph¼ng gäi lµ çch töph¼ng (h×nh 3). Kho¶ng çch d gi÷a hai khe hÑp kÕ tiÕp nhau

H×nh 3

I0

I1 = 0,045 I0

I2 = 0,016 I0

I

sin ϕ

b

λ −

b

λ b

λ 2−

b

λ 2

0

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




gäi lµ chu kú cña çch tö vµ sè khe hÑp trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi cña çch tö b»ng:

d

1n = .

Cã thÓ chÕ t¹o çc çch tö ph¼ng b»ng çch chôp ¶nh trªn phim hoÆc dïngmòi dao kim c− ¬ng v¹ch thµnh çc r·nh nhá trªn b¶n thuû tinh ph¼ng.

ChiÕu mét chïm s¸ng song song ®¬n s¾c cã b− íc sãng λ vu«ng gãc víimÆt cña mét çch tö ph¼ng gåm N khe hÑp (h×nh 4). Mçi khe hÑp cã ®é réngb»ng b vµ chu kú cña çch tö b»ng d. Khi ®ã sÏ ®ång thêi x¶y ra hiÖn t− îng nhiÔux¹ ¸nh s¸ng g©y ra bëi mçi khe hÑp vµ hiÖn t− îng giao thoa cña çc chïm tianhiÔu x¹ tõ N khe hÑp truyÒn tíi mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L. V× vËy ¶nh nhiÔu x¹trªn mµn ¶nh E trong tr− êng hîp nµy trë nªn phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi ¶nh nhiÔux¹ qua mét khe.

Tr− íc tiªn ta nhËn thÊy r»ng t¹i nh÷ng ®iÓm mµ gãc nhiÔu x¹ ϕ tho¶ m·n®iÒu kiÖn:

bk sin

λ=ϕ víi k = ±1, ±2... (5)

th× mäi khe hÑp ®Òu cho cùc tiÓu nhiÔu x¹. Çc cùc tiÓu nhiÔu x¹ nµy gäi lµ cùc

tiÓu chÝnh.B©y giê ta kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh b»ng

çch xÐt sù giao thoa cña hai chïm tia nhiÔu x¹ tõ hai khe hÑp kÕ tiÕp truyÒn tíi®iÓm M trªn mµn ¶nh E.

DÔ dµng nhËn thÊy hiÖu quang lé gi÷a hai chïm tia nhiÔu x¹ b»ng:

A

B

A1

L

F

M

E

ϕ

A2

A3

A4

H×nh 4

db

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




∆L = L2 - L1 = dsinϕ (6)

- NÕu ∆L = dsinϕ = kλ (b»ng sè nguyªn lÇn cña b− íc sãng λ), th× dao®éng s¸ng do hai chïm tia nhiÔu x¹ nµy (vµ do c¶ çc chïm tia nhiÔu x¹ tõ çckhe hÑp kh¸c) t¹i M ®Òu ®ång pha víi nhau. KÕt qu¶: ®iÓm M ®− îc gäi lµ cùc ®¹i

chÝnh. VÞ trÝ cña çc cùc ®¹i chÝnh x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:

dk sin

λ=ϕ trong ®ã k = 0, ±1, ±2, .... (7)

Víi k = 0, sinϕ = 0: ta cã cùc ®¹i gi÷a n»m t¹i tiªu ®iÓm F cña thÊu kÝnh

héi tô L. V× d > b, nªn gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh sÏ cã nhiÒu cùc ®¹i chÝnh nh− h×nh 5(h×nh 5 ®− îc vÏ cho tr− êng hîp d/b = 3).

Theo (7), nh÷ng ®iÓm n»m chÝnh gi÷a hai cùc ®¹i chÝnh kÕ tiÕp sÏ øng víi

gãc ϕ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

d2)1k 2(sin

λ+=ϕ (8)

T¹i çc ®iÓm nµy, hiÖu quang lé gi÷a hai chïm tia nhiÔu x¹ do hai khe kÕtiÕp truyÒn tíi cã gi¸ trÞ b»ng :

∆L = dsinϕ = (2k + 1)2

λ

(b»ng sè lÎ lÇn cña2

λ), nªn dao ®éng do hai chïm tia nhiÔu x¹ truyÒn tíi sÏ

ng− îc pha vµ khö lÉn nhau. Tuy nhiªn nh÷ng ®iÓm chÝnh gi÷a ®ã ch− a ch¾c lµ®iÓm tèi. Thùc vËy, ta h·y xÐt çc tr− êng hîp cô thÓ sau ®©y:

- Víi sè khe hÑp N = 2 (h×nh 5-a) Dao ®éng s¸ng do hai khe hÑp truyÒn tíisÏ khö nhau. Khi ®ã ®iÓm chÝnh gi÷a lµ mét ®iÓm tèi.

- Víi sè khe hÑp N = 3 (h×nh 5-b) Dao ®éng s¸ng do hai khe hÑp kÕ tiÕptruyÒn tíi sÏ khö nhau, cßn dao ®éng s¸ng do khe thø ba truyÒn tíi kh«ng bÞ khö.

I

N=2

N=1

sinϕ0 λ 2λ-λ-2λ

ddddλ b b

-λ

(a)

I

N=3

N=1

sinϕ0 λ 2λ-λ-2λ

ddddλ b

-λ

(b)

H×nh 5

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Khi ®ã ®iÓm chÝnh gi÷a lµ mét ®iÓm s¸ng, nh− ng c− êng ®é s¸ng cña nã nhá h¬nnhiÒu so víi çc cùc ®¹i chÝnh nªn gäi lµ cùc ®¹i phô. DÜ nhiªn, gi÷a cùc ®¹i phônµy víi hai cùc ®¹i chÝnh n»m ë hai bªn nã sÏ cã hai cùc tiÓu - gäi lµ cùc tiÓu

phô.- Víi sè khe hÑp N kh¸ lín, ng− êi ta chøng minh ®− îc r»ng gi÷a hai cùc

®¹i chÝnh sÏ cã N-1 cùc tiÓu phô vµ N-2 cùc ®¹i phô. Khi ®ã çc cùc ®¹i chÝnhthanh nÐt h¬n, ®ång thêi c− êng ®é s¸ng cña çc cùc ®¹i phô trë nªn rÊt nhákh«ng ®¸ng kÓ so víi çc cùc ®¹i chÝnh. KÕt qu¶ lµ ¶nh nhiÔu x¹ qua çch tö

ph¼ng sÏ lµ mét d·y çc v¹ch s¸ng song song n»m çch ®Òu nhau. VÞ trÝ cña çc

v¹ch s¸ng ® − îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc (7) vµ c− êng ®é s¸ng cña çc v¹ch (xÐt

trong ph¹m vi gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh) sÏ gi¶m nhanh tõ cùc ®¹i chÝnh gi÷a ra xa

nã vÒ c¶ hai phÝa. Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹ cña chïm s¸ng

laser chiÕu qua mét çch tö ph¼ng vµ x¸c ®Þnh b− íc sãng λ cña chïm s¸ng laser,®ång thêi x¸c ®Þnh sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trªn ¶nh nhiÔu x¹ cña nã.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t sù nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua çch tö ph¼ng (h×nh6) gåm:1/ Nguån ph¸t tia laser b¸n dÉn (3,8V - 5mW); 2/ Çch tö nhiÔu x¹; 3/ C¶m biÕnphotodiode silicon; 4/ Bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ c− êng ®é phæ nhiÔu x¹; 5/ Th− íctr¾c vi (panme), chÝnh x¸c 0,01mm; 6/ ThÊu kÝnh héi tô (2 ®ièp) vµ hép b¶o vÖ; 7/HÖ thèng gi¸ ®ì thÝ nghiÖm

H×nh 6: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s t sù nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua çch tö ph¼ng

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





4.1. Bé thiÕt bÞ kh¶o s¸t nhiÔu x¹ cña tia laser (h×nh 7)

Bé thiÕt bÞ gåm mét diode laser DL (3,8V- 5mW) ph¸t ra chïm tia lasermµu ®á chiÕu vu«ng gãc vµo mÆt ph¼ng cña çch tö CT. Chïm tia laser bÞ nhiÔux¹ truyÒn qua thÊu kÝnh héi tô TK (2 ®ièp) vµ cho ¶nh nhiÔu x¹ trªn mÆt tiªu cñathÊu kÝnh (çch thÊu kÝnh mét kho¶ng b»ng tiªu cù f = 500mm).

§Ó kh¶o s¸t vÞ trÝ çc cùc ®¹i nhiÔu x¹ vµ sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng cñachóng, ta dïng mét c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ cã thÓ di chuyÓn ®− îc nhêmét th− íc panme P g¾n liÒn víi nã trªn mÆt cña mµn ¶nh A (b»ng kim lo¹i) ®Ætth¼ng ®øng.

Toµn bé thiÕt bÞ ®Æt trªn cïng mét gi¸ quang häc G. TÝn hiÖu laser räi vµoc¶m biÕn quang ®iÖn Q§ ®− îc ®− a vµo bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ phæ nhiÔu x¹ K§b»ng mét chèt c¾m nhiÒu ®Çu C.

4.2. T×m ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia laser qua çch tö ph¼ng

a/ C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé nguån nu«i diode laser DL vµo nguån ®iÖn

xoay chiÒu ∼220V. BËt c«ng t¾c K1 cña diode laser DL, ta sÏ nhËn ®− îc chïm tialaser mµu ®á.

VÆn çn th− íc panme P ®Ó sè ®o cña nã ë vÞ trÝ kho¶ng 12mm. VÆn nhÑçc vÝt h·m thÝch hîp trªn hÖ thèng gi¸ ®ì G ®Ó:

- §Æt çch tö nhiÔu x¹ CT n»m nghiªng, kh«ng ch¾n chïm tia laser.

H×nh 7: S¬ ®å thiÕt bÞ kh¶o s¸t nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng laser qua çch tö ph¼ng.

K CT

TK

A

Q§P

B

G

Aµ

1 10 100“0”

R

K

C+ -

DL

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- §iÒu chØnh vÞ trÝ cña diode laser DL sao cho cöa sæ cña nã n»m ë cïng ®écao víi khe hë cña mÆt c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ (®o b»ng th− íc th¼ng milimÐt) vµchïm tia laser chiÕu ®óng vµo gi÷a khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§.

b/ Thùc hiÖn viÖc “chuÈn trùc” ®èi víi hÖ quang häc cña çch tö nhiÔu x¹ CT:- §Æt bµn tr− ît B çch diode laser DL kho¶ng 10cm. §iÒu chØnh vÞ trÝ cña

çch tö nhiÔu x¹ CT trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng ®Ó vÖt s¸ng cña chïm tia laser räi

vu«ng gãc vµo gi÷a mÆt çch tö nhiÔu x¹ CT. Khi ®ã chïm tia laser ph¶n x¹ trªnmÆt çch tö nhiÔu x¹ CT sÏ cho ¶nh trïng ®óng víi cöa sæ cña diode laser DL.

- ¸p s¸t mét c¹nh cña bµn tr− ît B víi c¹nh cña gi¸ ®ì G vµ dÞch chuyÓn tõtõ bµn tr− ît B ra xa dÇn diode laser DL tíi gÇn s¸t c¶m biÕn quang ®iÖn Q§, ®ångthêi quan s¸t vÞ trÝ vÖt s¸ng cña chïm tia laser trªn mÆt çch tö nhiÔu x¹ CT. NÕuvÖt s¸ng nµy bÞ lÖch dÇn vÒ mét phÝa (bªn ph¶i hoÆc bªn tr¸i, lªn cao hoÆc xuèngthÊp), th× ta ph¶i vÆn láng vÝt h·m diode laser DL vµ xoay nhÑ nã vÒ phÝa ng− îcl¹i ®Ó ®iÒu chØnh sao cho khi tiÕp tôc dÞch chuyÓn bµn tr− ît B l¹i gÇn hoÆc ra xa

diode laser DL däc theo gi¸ ®ì G mµ vÖt s¸ng cña chïm tia laser vÉn gi÷ nguyªn

vÞ trÝ cña nã trªn mÆt çch tö nhiÔu x¹ CT vµ ¶nh nhiÔu x¹ (gåm mét sè cùc ®¹is¸ng) hiÖn râ trªn mÆt c¶m biÕn quang ®iÖn Q§.

- Sau ®ã dÞch chuyÓn bµn tr− ît B tíi vÞ trÝ sao cho mÆt cña thÊu kÝnh TKn»m çch mÆt c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ mét kho¶ng f = 500mm (®äc trªn mÆtbµn tr− ît B vµ trªn th− íc th¼ng milimÐt T b»ng kim lo¹i g¾n víi mÆt cña gi¸ ®ìG). Gi÷ cè ®Þnh kho¶ng çch nµy trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn phÐp ®o.

4.3. §iÒu chØnh bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ phæ nhiÔu x¹ K§

a/ C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ phæ nhiÔu x¹ K§ vµo

nguån ®iÖn ∼220V. §Æt nóm chän thang ®o cña micr«ampekÕ ®iÖn tö µA vµothang ®o ë kho¶ng gi÷a çc thang vµ vÆn nóm biÕn trë R cña nã vÒ vÞ trÝ tËn cïngbªn ph¶i. BÊm kho¸ ®ãng ®iÖn K trªn mÆt cña bé khuÕch ®¹i K§. Chê kho¶ng 5phót ®Ó bé khuÕch ®¹i K§ æn ®Þnh vµ tiÕn hµnh kiÓm tra sè 0 cña micr«ampekÕ

µA b»ng çch: che s¸ng hoµn toµn khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§, t¨ng ®énh¹y cña khuÕch ®¹i K§ ®Õn cùc ®¹i (vÆn nóm biÕn trë R vÒ tËn cïng bªn tr¸i),

nÕu kim cña micr«ampekÕ µA lÖch khái sè 0 th× ph¶i vÆn tõ tõ nóm “qui 0” cña

micr«ampekÕ µA ®Ó ®iÒu chØnh cho kim cña nã quay trë vÒ ®óng sè 0. Sau ®ãgi¶m ®é nh¹y cña bé khuÕch ®¹i K§ vÒ bÐ nhÊt.

b/ VÆn tõ tõ çn cña panme P sao cho cùc ®¹i s¸ng gi÷a (cã c− êng ®é s¸nglín nhÊt) cña ¶nh nhiÔu x¹ lät vµo ®óng gi÷a khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn

Q§. Khi ®ã kim cña micr«ampekÕ µA lÖch m¹nh nhÊt. VÆn nóm xoay cña biÕn

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




trë R cña bé khuÕch ®¹i K§ ng− îc chiÒu quay cña kim ®ång hå sao cho kim cña

micr«ampekÕ µA lÖch kho¶ng 2/3 thang ®o.

Chó ý : NÕu kim cña micr«ampekÕ µA kh«ng ®¹t ®− îc ®é lÖch nãi trªn, th×ph¶i vÆn nóm chuyÓn m¹ch thang ®o cña nã sang vÞ trÝ bÐ h¬n (ph¶i kiÓm tra l¹ivÞ trÝ 0 cña micr«ampekÕ). NÕu ®é lÖch cña kim micr«ampekÕ bÞ b·o hoµ (®é lÖchcña kim kh«ng thay ®æi khi thay ®æi c− êng ®é s¸ng ë møc cao) ph¶i chuyÓn sangthang ®o lín h¬n.


V× c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser tû lÖ víi c− êng ®é I cña dßng

quang ®iÖn trªn micr«ampekÕ µA, nªn ta cã thÓ kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®és¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser b»ng çch kh¶o s¸t sù biÕn thiªn cña c− êng ®é I cñadßng quang ®iÖn phô thuéc vµo vÞ trÝ x n»m trong kho¶ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh

øng víi k = ± 2 trong ¶nh nhiÔu x¹ laser.Muèn vËy ta vÆn tõ tõ panme P ®Ó dÞch chuyÓn cña khe hë cña c¶m biÕn

quang ®iÖn Q§ trong kho¶ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 2 trªn ¶nh nhiÔu x¹. MçilÇn chØ dÞch chuyÓn mét kho¶ng kh¸ nhá b»ng 0,05mm. §äc vµ ghi gi¸ trÞ c− êng

®é I cña dßng quang ®iÖn trªn micr«ampekÕ µA t− ¬ng øng mçi vÞ trÝ x trªnpanme P vµo b¶ng 1. C¨n cø vµo çc sè liÖu nµy, vÏ ®å thÞ I = f(x).

§Ó x¸c ®Þnh ®óng vÞ trÝ ®Ønh cña çc cùc ®¹i nhiÔu x¹ vµ vÞ trÝ ®¸y cña çccùc tiÓu nhiÔu x¹, ta ph¶i kiÓm tra l¹i c− êng ®é I cña dßng quang ®iÖn b»ng çchdÞch chuyÓn panme P tõng 0,01mm t¹i nh÷ng ®iÓm n»m l©n cËn hai phÝa cña çc®Ønh vµ cña çc ®¸y nµy.

4.5. X¸c ®Þnh b− íc sãng cña chïm tia lasera/ Sau khi x¸c ®Þnh ®− îc cùc ®¹i s¸ng gi÷a øng víi k = 0, vÆn tõ tõ panme

P ®Ó ®o kho¶ng çch a gi÷a hai cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc nhÊt øng víi k = ±1 n»m ®èixøng ë hai bªn cùc ®¹i s¸ng gi÷a. Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 3 lÇn. §äc vµ ghi gi¸ trÞcña kho¶ng çch a trªn th− íc panme vµo b¶ng 2.

b/ ¸p dông c«ng thøc (7) ®èi víi cùc ®¹i chÝnh bËc 1 trong ¶nh nhiÔu x¹,

ta suy ra c«ng thøc x¸c ®Þnh b− íc sãng λ cña chïm tia laser:

λ = dsinϕ

§èi víi cùc ®¹i chÝnh bËc 1 (h×nh 8), gãc ϕ kh¸ nhá nªn cã thÓ coi gÇn

®óng:f 2

atgsin =ϕ≈ϕ .

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Thay vµo c«ng thøc trªn, ta t×m ®− îc:

f 2

ad=λ (10)

Theo c«ng thøc (10), ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®− îc b− íc sãng λ cña chïm tialaser nÕu cho biÕt tr− íc chu kú d cña çch tö ph¼ng.

H×nh 8

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t hiÖn t− îng nhiÔu x¹cña ¸nh s¸ng laser qua çch tö ph¼ng


KÝp ............Nhãm ............Hä tªn...............................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................



B¶ng 1- §é chÝnh x¸c cña panme: ...(mm)

- §é chÝnh x¸c cña micr«ampekÕ: ... (µ A)

xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA) xi (mm) Ii (µA)... ... ... ... ... ... ... ...

VÏ ®å thÞ I = f(x): (trªn giÊy vÏ ®å thÞ)

5.2. X¸c ®Þnh b− íc sãng cña chïm tia laser

B¶ng 2Chu kú cña çch tö: d = ...(mm)Tiªu cù cña thÊu kÝnh héi tô: f = ...(mm)§é chÝnh x¸c cña panme: ...(mm)§é chÝnh x¸c cña th− íc milimÐt: ...(mm)

LÇn ®o ai ∆ai

i = 1...

3Trung b×nh a a∆

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó ý: Sai sè tuyÖt ®èi cña çc ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp b»ng tæng sai sètrung b×nh cña çc lÇn ®o vµ sai sè cña dông cô.

Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o:

......a

a

f

f

d

d==

∆+

∆+

∆=

λλ∆

=δ

Gi¸ trÞ trung b×nh cña phÐp ®o:

)m...(...f 2

ad µ===λ

Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o:

)m...(... µ==λδ=λ∆

KÕt qu¶ cña phÐp ®o:

)m...(... µ±=λ∆±λ=λ


1/ §Þnh nghÜa hiÖn t− îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng. M« t¶ ¶nh nhiÔu x¹ cña chïmtia s¸ng song song chiÕu qua mét khe hë hÑp.

2/ So s¸nh ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song chiÕu qua mét çchtö ph¼ng víi ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng s¸ng song song chiÕu qua mét khehë hÑp. Nªu râ çc c«ng thøc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña çc cùc tiÓu chÝnh vµ cña çc cùc®¹i chÝnh trong ¶nh nhiÔu x¹.

3/ §Þnh nghÜa laser. Nªu râ nguyªn t¾c t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t.Ph©n biÖt sù ph¸t x¹ tù ph¸t vµ ph¸t x¹ c¶m øng cña çc nguyªn tö. M« t¶ diodelaser vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nã.

4/ Khi x¸c ®Þnh b− íc sãng λ cña laser theo ph− ¬ng ph¸p nhiÔu x¹ qua çchtö, t¹i sao kh«ng ®o trùc tiÕp kho¶ng çch gi÷a cùc ®¹i chÝnh bËc 1 vµ cùc ®¹igi÷a (k = 0) mµ l¹i ®o kho¶ng çch a gi÷a hai cùc ®¹i chÝnh bËc 1 (øng víi k =

±1)?5/ Khi kh¶o s¸t sù ph©n bè c− êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser, t¹i sao

ta chØ xÐt trong kho¶ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 1 (øng víi k = ±1) vµ ph¶ikiÓm tra l¹i vÞ trÝ ®Ønh cña çc cùc ®¹i chÝnh b»ng çch chØ dÞch chuyÓn panme Ptõng 0,01mm (mµ kh«ng dÞch chuyÓn tõng 0,05mm nh− lóc ®Çu)?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 12: Kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng dïng tia laserNghiÖm l¹i ®Þnh luËt malus ( maluýt)


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn ®− îctiÕp xóc víi ¸nh s¸ng ph©n cùc, lµm quen víi çc dông cô vµ ph− ¬ng ph¸p ®¬n gi¶n®Ó kh¶o s¸t mét ¸nh s¸ng ph©n cùc vµ nghiÖm l¹i trªn thùc nghiÖm ®Þnh luËtMalus, mét ®Þnh luËt c¬ b¶n vÒ ph©n cùc ¸nh s¸ng. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ ¸nh s¸ng ph©n cùc, vÒ ®Þnh luËt Malus.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch sö

dông laser b¸n dÉn vµ m¸y ®o c− êng ®é s¸ng.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó nghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


Theo thuyÕt ®iÖn tõ cñaMaxwell, ¸nh s¸ng lµ sãng ®iÖn tõ

trong ®ã vect¬ ®iÖn tr− êng E vµ vect¬

tõ tr− êng H dao ®éng trong çc mÆtph¼ng vu«ng gãc víi nhau vµ vu«nggãc víi ph− ¬ng truyÒn v cña sãng ¸nhs¸ng tøc tia s¸ng. (ChÝnh vect¬ ®iÖntr− êng trong sãng ¸nh s¸ng t¸c dônglªn thÇn kinh thÞ gi¸c trªn vâng m¹ccña m¾t vµ g©y nªn c¶m gi¸c s¸ng).

Theo ®Þnh nghÜa, ¸nh s¸ng cã

vÐct¬ ®iÖn tr− êng E dao ®éng ®Òu ®Æntheo mäi ph− ¬ng vu«ng gãc víi tias¸ng gäi lµ ¸nh s¸ng tù nhiªn (¸nh s¸ngmÆt trêi, ®Ìn ®iÖn...), cßn ¸nh s¸ng cã

vect¬ ®iÖn tr− êng E chØ dao ®éng theomét ph− ¬ng x¸c ®Þnh trong mÆt ph¼ng

E

v

H

H×nh 1

MÆt ph¼ng dao ®éng

MÆt ph¼ng ph©n cùc

H×nh 2: MÆt ph¼ng dao ®éng vµ

mÆt ph¼ng ph©n cùc.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




vu«ng gãc víi tia s¸ng gäi lµ ¸nh s¸ng ph©n cùc th¼ng (chïm tia laser). MÆt

ph¼ng chøa tia s¸ng vµ ph− ¬ng dao ®éng cña vect¬ ®iÖn tr− êng E gäi lµ mÆt

ph¼ng dao ®éng , mÆt ph¼ng chøa tia s¸ng vµ vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng dao ®énggäi lµ mÆt ph¼ng ph©n cùc (h×nh 2).

Muèn kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng, ta dïng b¶n kÝnh ph©n cùc ( p«lar«it

hoÆc hªrapatit ). Thùc nghiÖm chøng tá ¸nh s¸ng tù nhiªn, sau khi truyÒn qua b¶nkÝnh ph©n cùc, sÏ trë thµnh ¸nh s¸ng ph©n cùc th¼ng cã vect¬ ®iÖn tr− êng E dao®éng theo mét ph− ¬ng ®Æc biÖt gäi lµ quang trôc PP cña b¶n. Cßn nÕu cho ¸nh

s¸ng ph©n cùc th¼ng cã vect¬ ®iÖn tr− êng E nghiªng mét gãc α so víi quang trôc

PP cña b¶n kÝnh ph©n cùc th× chØ cã thµnh phÇn 1E n»m däc quang trôc PP míi

truyÒn ®− îc qua b¶n (h×nh 3):

E1 = Ecosα (1)V× c− êng ®é s¸ng tû lÖ thuËn víi b×nh ph− ¬ng biªn ®é cña vÐct¬ ®iÖn

tr− êng, nªn nÕu gäi I0 lµ c− êng ®é s¸ng cña ¸nh s¸ng ph©n cùc th¼ng truyÒn tíi

b¶n kÝnh ph©n cùc th× c− êng ®é s¸ng ë phÝa sau b¶n kÝnh ph©n cùc sÏ chØ b»ng:I1 = I0cos2α (2)

C«ng thøc (2) gäi lµ ®Þnh luËt Malus (Maluýt) vÒ ph©n cùc ¸nh s¸ng . Khi

α = 0 th× cosα = 1: c− êng ®é s¸ng phÝa sau b¶n kÝnh ph©n cùc sÏ ®¹t cùc ®¹i I1max

= I0; cßn khi α = 90o th× cos α = 0: c− êng ®é s¸ng phÝa sau b¶n kÝnh ph©n cùc sÏcùc tiÓu I1min= 0.

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta dïng b¶n kÝnh ph©n cùc ®Ó kiÓm tra chïm s¸nglaser lµ ¸nh s¸ng tù nhiªn hay ¸nh s¸ng ph©n cùc. NÕu chïm s¸ng lµ ¸nh s¸ng tùnhiªn th× khi quay b¶n kÝnh ph©n cùc c− êng ®é s¸ng sau b¶n kh«ng thay ®æi, cßnnÕu chïm s¸ng lµ ¸nh s¸ng ph©n cùc th× khi quay b¶n kÝnh ph©n cùc c− êng ®és¸ng sau b¶n sÏ thay ®æi. Sù thay ®æi c− êng ®é s¸ng nµy cã thÓ quan s¸t ®− îcb»ng m¾t th− êng, chó ý kh«ng ®− îc ®Ó tia laser chiÕu th¼ng vµo m¾t, chØ ®− îc

P

P

E1E

α

H×nh 3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




nh×n xiªn. Sau khi x¸c ®Þnh chïm s¸ng laser lµ ¸nh s¸ng ph©n cùc, ta dïng nã ®ÓnghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus vµ x¸c ®Þnh mÆt ph¼ng ph©n cùc cña chïm tia laserøng víi gãc quay cña b¶n kÝnh ph©n cùc.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng dïng tia laser, nghiÖm l¹i®Þnh luËt Malus (h×nh 4) gåm:1/ Nguån ph¸t tia laser b¸n dÉn (3,8V - 5mW); 2/ B¶n kÝnh ph©n cùc; 3/ Th− íc ®o

gãc quay 0 - 360°, chÝnh x¸c ®Õn 10; 4/ C¶m biÕn photodiode silicon + èng ches¸ng; 5/ Bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ c− êng ®é s¸ng; 6/ Gi¸ quang häc.


1/ Quan s¸t bé thiÕt bÞ thÝ nghiÖm gåm mét diode laser DL (3,8 - 5 mW) ph¸t rachïm tia laser mµu ®á chiÕu vu«ng gãc vµo t©m cña b¶n kÝnh ph©n cùc P. Métth− íc trßn T (chia ®é tõ 0 - 3600) g¾n chÆt vµo b¶n kÝnh ph©n cùc P dïng ®Ó ®o

gãc α gi÷a ph− ¬ng cña vÐct¬ sãng s¸ng E truyÒn tíi b¶n ph©n cùc P vµ quangtrôc PP cña b¶n nµy. Trªn th− íc T cßn g¾n cè ®Þnh mét v¹ch th¼ng theo ph− ¬ngth¼ng ®øng ®Ó lµm mèc. §Ó kh¶o s¸t sù thay ®æi c− êng ®é s¸ng cña tia laser sau

H×nh 4: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng dïng tia laser,nghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




khi truyÒn qua b¶n ph©n cùc P, ta dïng mét c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ ®Ætbªn trong mét èng che s¸ng M. TÝn hiÖu laser truyÒn qua b¶n kÝnh ph©n cùc vµräi vµo c¶m biÕn quang ®iÖn ®− îc ®− a vµo bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ dßng ®iÖn K§nhê mét chèt c¾m A, dßng ®iÖn chØ thÞ tØ lÖ víi c− êng ®é s¸ng. Toµn bé thiÕt bÞthÝ nghiÖm ®Æt trªn cïng mét gi¸ quang häc G (h×nh 5).

2/ C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ c− êng ®é s¸ng K§ vµo nguån®iÖn ~220V.

Chän thang ®o n»m kho¶ng gi÷a çc thang hiÖn cã cña micr«ampekÕ ®iÖn

tö µA vµ vÆn nóm biÕn trë R (cïng chiÒu kim ®ång hå) vÒ vÞ trÝ tËn cïng bªn ph¶iøng víi ®é nh¹y bÐ nhÊt.

BÊm kho¸ ®iÖn K trªn mÆt m¸y K§, ®Ìn tÝn hiÖu LED ph¸t s¸ng.

Níi láng vÝt h·m V, chØnh èng che s¸ng ®Ó trôc cña nã ®i qua t©m cña b¶nkÝnh ph©n cùc P.

Chê 5 phót sau khi bÊm kho¸ K ®Ó bé khuÕch ®¹i æn ®Þnh, thùc hiÖn viÖcchØnh 0 cho thang ®o: T¨ng ®é nh¹y ®Õn cùc ®¹i b»ng çch vÆn nóm biÕn trë R(ng− îc chiÒu kim ®ång hå) vÒ tËn cïng bªn tr¸i, vÆn nóm “qui 0” ®Ó kim chØ®óng v¹ch sè 0 cña thang ®o. Sau ®Êy gi¶m ®é nh¹y vÒ nhá nhÊt (vÞ trÝ tËn cïngbªn ph¶i). Nh− vËy ta ®· chØnh 0 cho thang ®o nµy vµ gi÷ nguyªn vÞ trÝ nóm “qui0” trong suèt thêi gian lµm thÝ nghiÖm nÕu kh«ng ph¶i chuyÓn thang ®o kh¸c.

Chó ý : Trong tr− êng hîp ph¶i chuyÓn thang ®o, nhÊt lµ chuyÓn çc thang

bÐ h¬n th× ph¶i thùc hiÖn l¹i viÖc chØnh 0.

1

10 100

+ -

K1

V

M Q§

T P

G

µA

K§

“0” R

K A

H×nh 5

DL

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3/ C¾m phÝch lÊy ®iÖn cho bé nguån nu«i diode Laser DL vµo nguån ®iÖn ~220V.BËt c«ng t¾c K1 trªn hép chøa diode DL ta sÏ nhËn ®− îc chïm tia s¸ng laser mµu®á. §iÒu chØnh ®Ó tia s¸ng ®i qua t©m cña b¶n kÝnh ph©n cùc P.

Quan s¸t b»ng m¾t th− êng (nh×n xiªn) c− êng ®é s¸ng cña tia laser phÝa saub¶n kÝnh ph©n cùc khi quay th− íc T. Ghi kÕt qu¶ quan s¸t ®− îc vµo b¸o ço.

Quay èng che s¸ng ®Ó vÝt V vÒ phÝa b¶n kÝnh ph©n cùc, ®iÒu chØnh ®Ó tia

laser chiÕu vµo t©m cña vÝt V. Sau ®ã gi÷ nguyªn ®é cao vµ quay ng− îc èng ches¸ng l¹i ®Ó tia laser räi th¼ng vµo c¶m biÕn quang ®iÖn.

4/ Quay th− íc T cho tíi khi kim cña micr«ampekÕ µA ®¹t ®é lÖch lín nhÊt. Sau®ã vÆn tõ tõ nóm biÕn trë R (ng− îc chiÒu kim ®ång hå) ®Ó kim cña micr«ampekÕtõ vÞ trÝ trªn dÞch ®Õn vÞ trÝ lÖch kho¶ng 2/3 thang ®o (gi¸ trÞ dßng ®o ë ®©y lµt− ¬ng ®èi). KiÓm tra l¹i chÝnh x¸c vÞ trÝ cña th− íc T cho ®é lÖch lín nhÊt b»ngçch quay th− íc tõng ®é mét xung quanh vÞ trÝ nµy. §Ó ®Þnh vÞ vÞ trÝ cña th− íc Tcho ®é lÖch cña kim micr«ampekÕ lín nhÊt (c− êng ®é ¸nh s¸ng laser sau b¶n

kÝnh ph©n cùc lín nhÊt), ta ghi gi¸ trÞ gãc ϕ trªn th− íc T trïng víi v¹ch mèc (kÝ

hiÖu lµ ϕ0) vµo b¶ng sè liÖu. Nh− vËy vÞ trÝ ϕ0 cña th− íc T øng víi gãc α = 0trong ®Þnh luËt Malus.

Chó ý: NÕu t¨ng ®é nh¹y mµ kim cña micr«ampekÕ kh«ng ®¹t ®− îc tíi 2/3thang ®o, ta ph¶i chän thang bÐ h¬n vµ chØnh l¹i ®iÓm 0.

NÕu ®é lÖch cña kim bÞ b·o hoµ, tøc lµ ®é lÖch cña kim kh«ng thay ®æi khithay ®æi c− êng ®é s¸ng cña tia laser ë çc møc cao, ta ph¶i chän thang ®o lính¬n.

5/ TiÕp tôc quay th− íc T ®Ó t¨ng gãc ϕ (mçi lÇn 50) tõ ϕ0 ®Õn gi¸ trÞ ϕ0 + 1800.

§äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña gãc ϕ vµ c− êng ®é dßng ®iÖn I trªnmicr«ampekÕ (tØ lÖ víi c− êng ®é s¸ng I1 cña tia laser sau b¶n kÝnh ph©n cùc) trong

mçi lÇn ®o vµo b¶ng sè liÖu. Tõ çc gi¸ trÞ cña gãc ϕ trªn th− íc T suy ra gãc α trong ®Þnh luËt Malus.

6/ §äc vµ ghi çc sè liÖu sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu:- §é chia nhá nhÊt cña th− íc trßn chia ®é T.

- §é chia nhá nhÊt cña thang ®o ®· chän trªn micr«ampekÕ µA.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng dïng tia lasernghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus


Líp .........................................KÝp ..................Nhãm ............Hä tªn ....................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


1. KÕt qu¶ quan s¸t c− êng ®é s¸ng cña tia laser sau b¶n kÝnh ph©n cùc khi quayth− íc trßn T ... Rót ra kÕt luËn ...

2. NghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus.B¶ng sè liÖu

- Gi¸ trÞ ®é chia nhá nhÊt cña th− íc ®o gãc T: ...- Gi¸ trÞ ®é chia nhá nhÊt trªn thang ®o dßng I: ...

ϕi αi Ii (µA) cosαi (cosαi)2

ϕ0 ϕ0 +50

...

ϕ0 + 180

a. VÏ ®å thÞ I = f(cos2α) trªn giÊy vÏ ®å thÞ.b. KÕt luËn:

§å thÞ I = f(cos2α) cã d¹ng mét ®− êng ... (th¼ng hoÆc cong), tøc lµ c− êng

®é ¸nh s¸ng ph©n cùc I1 phô thuéc vµo cos2α theo quy luËt hµm bËc ... KÕt qu¶

nµy chøng tá ®Þnh luËt Malus vÒ ph©n cùc ¸nh s¸ng ... (®· hoÆc kh«ng) ®− îcnghiÖm ®óng.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3. VÞ trÝ mÆt ph¼ng ph©n cùc cña chïm tia laser x¸c ®Þnh trªn th− íc T theo v¹chmèc:

ϕ = ... ± ... (0)


1/ Nªu râ thuyÕt ®iÖn tö cña Maxwell vÒ b¶n chÊt cña ¸nh s¸ng. ¸nh s¸nglµ sãng ngang hay däc.

2/ Ph©n biÖt ¸nh s¸ng tù nhiªn vµ ¸nh s¸ng ph©n cùc.3/ §Þnh nghÜa laser. Nªu râ nguyªn t¾c t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t.

Ph©n biÖt sù ph¸t x¹ tù ph¸t vµ ph¸t x¹ c¶m øng cña çc nguyªn tö. M« t¶ diodelaser vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nã.

4/ Gi¶i thÝch t¹i sao khi chïm tia laser truyÒn qua b¶n kÝnh ph©n cùc A, th×

c− êng ®é s¸ng I1 l¹i thay ®æi phô thuéc vµo gãc α gi÷a quang trôc cña b¶n kÝnhph©n cùc P vµ ph− ¬ng th¼ng ®øng.

5/ Ph¸t biÓu vµ viÕt biÓu thøc cña ®Þnh luËt Malus vÒ ph©n cùc ¸nh s¸ng.M« t¶ bé thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ ph− ¬ng ph¸p kh¶o s¸t sù ph©n cùc ¸nh s¸ng ®ÓnghiÖm l¹i ®Þnh luËt Malus vÒ ph©n cùc ¸nh s¸ng vµ x¸c ®Þnh mÆt ph¼ng ph©n cùccña chïm tia laser.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 13: ®o nång ®é dung dÞch ®− êng b»ng ph©n cùc kÕ


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn

®−

îc lµm quen víi ph©n cùc kÕ vµ trang bÞ cho sinh viªn kü n¨ng sö dông ph©ncùc kÕ ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é ch− a biÕt cña mét dung dÞch ®− êng. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ sù quay mÆt ph¼ng ph©n cùc.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña ph©n cùc kÕ. BiÕt çch sö

dông ph©n cùc kÕ.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó x©y dùng ®− êng chuÈn thùc nghiÖm vÒ sù phô

thuéc cña gãc quay mÆt ph¼ng ph©n cùc vµo nång ®é dung dÞch ®− êng. BiÕt çchtiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é ch− a biÕt cña mét dung dÞch ®− êng.



Theo thuyÕt ®iÖn tõ cña M¾c - xoen, ¸nh s¸ng lµ nh÷ng sãng ®iÖn tõ.Nh÷ng sãng nµy do çc nguyªn tö cña çc nguån s¸ng ph¸t ra d− íi d¹ng nh÷ng®oµn sãng nèi tiÕp nhau, vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng trong mçi ®oµn sãng dao®éng theo mét ph− ¬ng nhÊt ®Þnh vu«ng gãc víi tia s¸ng (h×nh 1).

Nh− ng do tÝnh chÊt chuyÓn ®éng hçn lo¹n bªn trong mçi nguyªn tö vµchuyÓn ®éng hçn lo¹n kh¸c nhau trong nguån s¸ng nªn vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn

tr− êng E trong nh÷ng ®oµn sãng kh¸c nhau cã ph− ¬ng dao ®éng lu«n lu«n thay®æi. VËy vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng E trong sãng ¸nh s¸ng do nguån s¸ng (mÆttrêi, ®Ìn ®iÖn) ph¸t ra cã thÓ dao ®éng theo tÊt c¶ mäi ph− ¬ng vu«ng gãc víi tia

s¸ng. ¸nh s¸ng cã vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng E dao ®éng ®Òu ®Æn theo tÊt c¶mäi ph− ¬ng vu«ng gãc víi tia s¸ng, ®− îc gäi lµ ¸nh s¸ng tù nhiªn.

H×nh 1: Dao ®éng cña vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng trong mét ®oµn sãng.

E

Tia s¸ng

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Thùc nghiÖm chøng tá r»ng khi cho ¸nh s¸ng tù nhiªn ®i qua m«i tr− êngbÊt ®¼ng h− íng quang häc. ThÝ dô nh− çc tinh thÓ do t¸c dông cña m«i tr− êngbÊt ®¼ng h− íng lªn ¸nh s¸ng tù nhiªn, nªn trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nµo ®ã vÐc t¬

c− êng ®é ®iÖn tr− êng E trong ¸nh s¸ng sÏ chØ cßn dao ®éng theo mét ph− ¬ng

nhÊt ®Þnh vu«ng gãc víi tia s¸ng. ¸nh s¸ng cã vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng E chØdao ®éng theo mét ph− ¬ng nhÊt ®Þnh vu«ng gãc víi tia s¸ng ®− îc gäi lµ ¸nh s¸ngph©n cùc th¼ng hay ph©n cùc toµn phÇn.

Víi çc ®Þnh nghÜa nh− trªn th× mçi ®oµn sãng do mét nguyªn tö cñanguån s¸ng ph¸t ra lµ mét ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn, nh− vËy ¸nh s¸ng tùnhiªn cã thÓ coi lµ mét tËp hîp cña v« sè ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn dao ®éng®Òu ®Æn theo mét ph− ¬ng vu«ng gãc víi tia s¸ng. Ng− êi ta th− êng biÓu diÔn ¸nhs¸ng ph©n cùc toµn phÇn vµ ¸nh s¸ng tù nhiªn nh− trªn h×nh 2.

MÆt ph¼ng chøa tia s¸ng vµ ph− ¬ng dao ®éng cña vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn

tr− êng E ®− îc gäi lµ mÆt ph¼ng dao ®éng, cßn mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi mÆtph¼ng dao ®éng vµ chøa tia s¸ng, gäi lµ mÆt ph¼ng ph©n cùc cña tia s¸ng.

Nh− ®· nãi ë trªn, çc tinh thÓ

trong ®iÒu kiÖn nµo ®ã cã thÓ biÕn ¸nhs¸ng tù nhiªn thµnh ¸nh s¸ng ph©n cùctoµn phÇn. §Ó cô thÓ ta h·y xÐt tr− ênghîp tinh thÓ b¨ng lan, tøc lµ d¹ng tinh thÓcña CaC03 trong tù nhiªn tinh thÓ nhácña nã s¾p xÕp khÝt nhau t¹o thµnh métkhèi ch÷ nhËt lÖch. Khi chiÕu mét tias¸ng tù nhiªn SI vu«ng gãc víi mÆtph¼ng ABCD cña tinh thÓ b¨ng lan th× nã

sÏ bÞ t¸ch thµnh hai, tia I0 vµ IE (h×nh 3).Tia I0 mµ víi nã tinh thÓ cã chiÕtsuÊt n kh«ng thay ®æi theo ph− ¬ng truyÒn

Tia s¸ng ph©n cùc Tia s¸ng tù nhiªn.

H×nh 2

H×nh 3

0

IE

A

A1

S

C1

C

D

B

B1

D1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




cña nã vµ tu©n theo ®óng ®Þnh luËt khóc x¹ ¸nh s¸ng nªn gäi lµ tia th− êng (tia O),víi tia IE tinh thÓ cã chiÕt suÊt ne thay ®æi phô thuéc ph− ¬ng truyÒn cña nã vµkh«ng tu©n theo ®óng ®Þnh luËt khóc x¹ ¸nh s¸ng nªn gäi lµ tia s¸ng bÊt th− êng(tia E), tuy nhiªn tinh thÓ b¨ng lan cã mét ph− ¬ng ®Æc biÖt song song víi ®− êngchÐo AA1 gäi lµ quang trôc tinh thÓ, theo ph− ¬ng ®ã tia s¸ng sÏ truyÒn th¼ng quatinh thÓ vµ kh«ng bÞ t¸ch thµnh hai tia kh¸c nhau. MÆt ph¼ng chøa tia s¸ng vµ

quang trôc cña tinh thÓ ®− îc gäi lµ mÆt ph¼ng chÝnh cña tia s¸ng ®ã.Trong tr− êng hîp trªn h×nh 3, mÆt ph¼ng chÝnh cña tia th− êng I0 vµ tia bÊt

th− êng IE n»m trïng víi nhau. Thùc nghiÖm chøng tá r»ng c¶ hai tia th− êng vµbÊt th− êng ®Òu lµ nh÷ng tia s¸ng ph©n cùc toµn phÇn, mÆt ph¼ng dao ®éng cña tiath− êng I0 n»m vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng chÝnh cña nã, cßn mÆt ph¼ng dao ®éngcña tia bÊt th− êng n»m trïng víi mÆt ph¼ng chÝnh cña nã trong tinh thÓ.

Nh− vËy, khi cho mét tia s¸ng tù nhiªn qua tinh thÓ b¨ng lan th× ta sÏ nhËn®− îc hai tia th− êng vµ tia bÊt th− êng, ph©n cùc toµn phÇn trong nh÷ng mÆt ph¼ngvu«ng gãc víi nhau, ®ã lµ hiÖn t− îng ph©n cùc ¸nh s¸ng do l− ìng chiÕt trong tinh

thÓ b¨ng lan.Trong thùc tÕ muèn biÕn ¸nh s¸ng tù nhiªn thµnh ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn

phÇn ng− êi ta dïng çc lo¹i kÝnh ph©n cùc trong ®ã cã lo¹i kÝnh nic«n. Nic«n lµmét tinh thÓ b¨ng lan ®− îc c¾t thµnh hai nöa, råi g¾n l¹i víi nhau b»ng mét líp

nhùa cã chiÕt suÊt nnh = 1,550 theo mÆt chÐo gãc 'AA . Çc gãc cña l¨ng kÝnh vµph− ¬ng cña quang trôc cho trªn (h×nh 4).

Mét tia s¸ng tù nhiªn räi tíi nic«n bÞ t¸ch thµnh hai: tia th− êng vµ tia bÊtth− êng. V× n0 > ne, do ®ã tia th− êng bÞ khóc x¹ nhiÒu h¬n tia bÊt th− êng, ®Õn lípnhùa tia th− êng bÞ ph¶n x¹ toµn phÇn (v× n0 > nnh vµ i1 > i1 max) vµ ®Ëp vµo mÆtd− íi b«i ®en cña nic«n, ë ®©y nã bÞ hÊp thô.

A

'AA1

H×nh 4

Tia 0

680220

480

i0

I 760

'C

Tia E

Quang trôc

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Tia bÊt th− êng IE mµ víi nã tinh thÓ b¨ng lan cã chiÕt suÊt nhá h¬n ®èi víilíp nhùa (ne < nnh) nªn nã truyÒn qua ®− îc líp nhùa vµ lã ra ngoµi tinh thÓ b¨nglan theo ph− ¬ng song song víi tia tíi SI.

KÕt qu¶ lµ: Khi cho mét chïm ¸nh s¸ng tù nhiªn räi qua nic«n th× ta sÏnhËn ®− îc mét chïm ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn cã vect¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng

dao ®éng trong mÆt ph¼ng chÝnh cña tia bÊt th− êng trong nic«n. §ång thêic− êng ®é cña chïm ¸nh s¸ng sau nic«n kh«ng thay ®æi so víi c− êng ®é cñachïm ¸nh s¸ng däi tíi nã.

Trong tr− êng hîp nÕu ta däi mét chïm ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn quanic«n th× nic«n còng t¸ch nã thµnh hai chïm tia th− êng vµ tia bÊt th− êng nh− ngcuèi cïng còng chØ cã chïm tia bÊt th− êng truyÒn qua ®− îc nic«n. Còng cÇn chó

ý r»ng nÕu ¸nh s¸ng ph©n cùc däi tíi cã vÐct¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng E dao ®éngvu«ng gãc víi mÆt ph¼ng chÝnh cña tia bÊt th− êng th× ¸nh s¸ng ®ã sÏ bÞ nic«nng¨n l¹i hoµn toµn. VËy khi chiÕu mét chïm ¸nh s¸ng tù nhiªn qua mét hÖ thènggåm 2 nic«n N1 vµ N2 th× cã thÓ xÈy ra nh÷ng tr− êng hîp sau:

- NÕu N1 vµ N2 ®Æt song song víi nhau nghÜa lµ hai mÆt ph¼ng chÝnh cñatia th− êng trong chóng song song víi nhau. Th× c− êng ®é s¸ng sau N2 sÏ b»ngc− êng ®é s¸ng sau N1.

- NÕu N1 vµ N2 ®Æt chÐo nhau nghÜa lµ hai mÆt ph¼ng chÝnh cña tia th− êngtrong chóng vu«ng gãc víi nhau th× c− êng ®é s¸ng sau N2 sÏ b»ng kh«ng. Khi ®ãsau N2 sÏ tèi hoµn toµn.

- NÕu N1 vµ N2 ®Æt ë vÞ trÝ bÊt k× sao cho hai mÆt ph¼ng chÝnh cña tia bÊt

th− êng trong chóng hîp víi nhau gãc α nµo ®ã, th× c− êng ®é s¸ng I2 sau N2 sÏthay ®æi víi c− êng ®é s¸ng I1 sau N1 theo ®Þnh lý Malus:

I2 = I1cos2

α (1)Trong hÖ thèng hai nic«n trªn, nic«n N1 biÕn ¸nh s¸ng tù nhiªn thµnh ¸nh

s¸ng ph©n cùc nªn gäi lµ nic«n ph©n cùc, cßn nic«n N2 ph©n tÝch ¸nh s¸ng däi tíinã xem cã ph¶i lµ ¸nh s¸ng ph©n cùc hay kh«ng nªn gäi lµ nic«n ph©n tÝch.

Thùc nghiÖm cßn chøng tá r»ng, khi däi ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn theoph− ¬ng quang trôc cña tinh thÓ, thÝ dô tinh thÓ th¹ch anh, tuy ¸nh s¸ng kh«ng bÞt¸ch thµnh hai nh− ng vect¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng trong sãng ¸nh s¸ng sÏ bÞ quay

®i mét gãc α nµo ®ã xung quanh tia s¸ng. Khi ®ã mÆt ph¼ng ph©n cùc cña tia

s¸ng còng bÞ quay ®i mét gãc b»ng gãc α. HiÖn t− îng nµy gäi lµ hiÖn t− îng quay

mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nh s¸ng. Nh÷ng chÊt g©y ra hiÖn t− îng quay mÆt ph¼ngph©n cùc gäi lµ nh÷ng chÊt quang ho¹t . NÕu chÊt quang ho¹t lµm cho vect¬

c− êng ®é ®iÖn tr− êng E quay theo chiÒu kim ®ång hå th× gäi lµ chÊt quay ph¶i,

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




cßn nh÷ng chÊt lµm cho vect¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng E quay ng− îc kim ®ång håth× gäi lµ chÊt quay tr¸i. Tuy nhiªn cã nh÷ng chÊt nh− tinh thÓ th¹ch anh ch¼ngh¹n võa cã tÝnh chÊt nh− quay ph¶i, võa cã tÝnh chÊt quay tr¸i. §èi víi ¸nh s¸ng

®¬n s¾c nhÊt ®Þnh nµo ®ã, gãc quay α tØ lÖ víi ®é dµy d cña b¶n tinh thÓ mµ ¸nh

s¸ng truyÒn qua nã vµ tØ lÖ víi khèi l− îng riªng ρ cña b¶n tinh thÓ.

[ ] ρα=α d (2)Trong ®ã [ ]α lµ hÖ sè tØ lÖ vµ gäi lµ gãc quay riªng cña chÊt quang ho¹t, gi¸

trÞ [ ]α cña th¹ch anh ë 200C øng víi ¸nh s¸ng vµng cña natri (cã b− íc sãng λ =

5890A0) b»ng 21,7 ®é cm3 /gmm.Ngoµi çc tinh thÓ, ng− êi ta cßn ph¸t hiÖn thÊy dung dÞch cña mét sè chÊt

còng cã tÝnh chÊt quang ho¹t. ThÝ dô nh− dung dÞch ®− êng s¸ccar«. §èi víi mét¸nh s¸ng ®¬n s¾c nhÊt ®Þnh, gãc quay α cña mÆt ph¼ng ph©n cùc tØ lÖ víi ®é dµyd cña líp dung dÞch quang ho¹t mµ ¸nh s¸ng truyÒn qua nã vµ tØ lÖ víi nång ®é Ccña dung dÞch quang ho¹t.

Víi [ ]α lµ gãc quay riªng cña dung dÞch quang ho¹tα = [ ]α .d.C (3)

Gi¸ trÞ [ ]α lµ mét hÖ sè tØ lÖ, víi dung dÞch ®− êng sacar« ë 200C øng víi

¸nh s¸ng vµng natri (λ = 5890A0)) b»ng 66,5 ®é cm3 /gdm, cßn nång ®é C cñadung dÞch quang ho¹t cã trÞ sè b»ng tØ sè gi÷a khèi l− îng m cña chÊt quang ho¹tvµ thÓ tÝch V cña dung dÞch quang ho¹t ®ã, nghÜa lµ:

V

mC = (4)

Trong bµi thÝ thÝ nghiÖm nµy chóng ta sÏ øng dông hiÖn t− îng ph©n cùc

¸nh s¸ng do l− ìng chiÕt vµ hiÖn t− îng quay mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nh s¸ng ®Ó®o nång ®é cña dung dÞch ®− êng sacar« b»ng mét dông cô gäi lµ ®− êng kÕ. Tõ ®ãta cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh ®− îc tØ lÖ phÇn tr¨m ®− êng nguyªn chÊt cã trong lo¹ibét ®− êng cña çc nhµ m¸y ®− êng s¶n xuÊt ra.

Dông cô ®Ó ®o nång ®é dung dÞch ®− êng trong bµi thÝ nghiÖm nµy lµ lo¹i®− êng kÕ v¹n n¨ng (xem çc h×nh 5 vµ 7).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






thµnh phÇn h×nh chiÕu '

1aE vµ '

2aE ë phÝa sau nic«n A sÏ kh¸c nhau, nªn hai nöa

thÞ tr− êng trong èng ng¾m L khi ®ã sÏ cã ®é s¸ng kh¸c nhau. Muèn lµm cho hainöa thÞ tr− êng cã cïng ®é s¸ng, ta dïng hÖ thèng çc b¶n bæ chÝnh (Q2 - Q3). B¶nQ2 lµ lo¹i th¹ch anh quay ph¶i, Q3 sÏ lµ th¹ch anh quay tr¸i. B¶n Q3 gåm hai nöah×nh nªm cã thÓ tr− ît trªn nhau ®Ó thay ®æi ®é dµy cña b¶n däc theo ph− ¬ng cñatia s¸ng truyÒn qua nã. Khi hai nöa h×nh nªm cña b¶n Q

3 ë vÞ trÝ b×nh th− êng, b¶n

bæ chÝnh (Q2 - Q3) sÏ kh«ng cã t¸c dông lµm quay mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nhs¸ng qua nã. NÕu lµm gi¶m ®é dµy cña b¶n Q2 th× b¶n bæ chÝnh (Q2 - Q3) sÏ lµmquay mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nh s¸ng qua nã vÒ phÝa ph¶i cßn nÕu t¨ng ®é dµycña b¶n Q3 th× b¶n bæ chÝnh (Q2 - Q3) sÏ lµm quay mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nhs¸ng qua nã vÒ phÝa bªn tr¸i. Nh− vËy nÕu thay ®æi ®é dµy cña b¶n Q3 b»ng çchdÞch chuyÓn hai nöa h×nh nªm cña nã th× b¶n bæ chÝnh (Q2 - Q3) cã thÓ sÏ lµmquay mÆt ph¼ng ph©n cùc cña ¸nh s¸ng qua nã vÒ phÝa bªn ph¶i hoÆc bªn tr¸i sao

cho çc vect¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng '

1 pE vµ '

2 pE l¹i quay ®Õn çc vÞ trÝ ''

1 pE vµ ''

2 pE .

Khi ®ã çc thµnh phÇn h×nh chiÕu''

1aE vµ''

2aE sau nic«n A sÏ l¹i b»ng nhau. Trongtr− êng hîp nµy, hai nöa thÞ tr− êng trong èng ng¾m L l¹i cã cïng ®é s¸ng.

§é dÞch chuyÓn hai nöa h×nh nªm cña b¶n Q3 ®− îc ghi trªn thang ®o cña®− êng kÕ, nã t− ¬ng øng víi gãc quay cña mÆt ph¼ng ph©n cùc trong ¸nh s¸ngtruyÒn qua èng dung dÞch ®− êng T.

Thang ®o ®− îc chia theo nguyªn t¾c sau:Ng− êi ta hoµ tan 16,3g ®− êng sacar« nguyªn chÊt trong n− íc ®Ó ®− îc

100ml dung dÞch råi ®æ vµo èng dµi:Gãc quay cña mÆt ph¼ng ph©n cùc do èng dung dÞch g©y ra khi ®ã lµ

21040, cung t− ¬ng øng ®− îc chia thµnh 100 kho¶ng b»ng nhau. Nh− vËy mçi ®échia trªn cung øng víi gãc quay cña dung dÞch sacar« cã nång ®é 1,63g/lit.

Gi¶ sö dung dÞch ®− êng nång ®é Cx ®· lµm mét mÆt ph¼ng ph©n cùc quay®− îc n ®é chia, khi ®ã nång ®é sacar« nguyªn chÊt sÏ lµ 1,63n g/lit vµ tû lÖ phÇntr¨m sacar« trong ®− êng kÝnh sÏ lµ:

%100C

n63,1%C

x

=

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






cho tr− êng s¸ng ®Òu nhau. Ghi gi¸ trÞ n1 t− ¬ng øng trªn thang ®o, nh− vËy dungdÞch ®− êng ®· lµm cho mÆt ph¼ng ph©n cùc quay ®i mét sè ®é chia.

n = n1 - n0 TÝnh nång ®é sacar« theo c«ng thøc trªn.§iÒu chØnh sè dung dÞch cßn l¹i trong èng chÝnh x¸c lµ 80 ml (nÕu thiÕu

lÊy thªm ë èng T võa ®o cho vµo ®Ó võa ®ñ v× cïng nång ®é. Sau ®ã ®æ thªm

n− íc cÊt vµo b×nh cho ®ñ 100 ml vµ l¾c ®Òu, ta cã dung dÞch míi nång ®é C2 =4/5 C1.

PhÐp ®o ®− îc lÆp l¹i nh− cò ®Ó t×m tû lÖ phÇn tr¨m sacar«.TiÕp tôc t×m tû lÖ phÇn tr¨m sacar« ®èi víi çc dung dÞch cã nång ®é.

C3 = 4/5 C2, C4 = 4/5 C3, C5 = 4/5 C4.Pha mét dung dÞch bÊt kú (kh«ng biÕt nång ®é), x¸c ®Þnh gi¸ trÞ gãc quay

mÆt ph¼ng ph©n cùc n cña nã nh− trªn.Çc phÐp ®o ®− îc thùc hiÖn 3 lÇn.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





®o nång ®é ®− êng b»ng ®− êng kÕ

Líp ...................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªnKÝp .............Nhãm ...............Hä tªn...................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng sè liÖu

V

mCx =

l

g5,0C1 =

12 C5

4C = 23 C

5

4C = 34 C

5

4C = 45 C

5

4C =

DungdÞch bÊt

k×

LÇn ®o ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni ni ∆ni

i = 1...3

Trungb×nh

1. X¸c ®Þnh tØ lÖ C% ®− êng sacar« nguyªn chÊt trong ®− êng kÝnh.

...(%)...CCC

...CC

...C

C

n

n

63,1

01,0

C

C

...C

n63,1C

x

x

x

±=∆±=

=δ=∆

=∆

+∆

+=∆

=δ

==

2. VÏ ®− êng cong sù phô thuéc n = f(Cx) ®Æt gi¸ trÞ cña nång ®é Cx trªn trôc tung,cßn gi¸ trÞ cña ®é ®− êng n trªn trôc hoµnh. Mçi ®iÓm trªn ®å thÞ øng víi mét cÆp

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




gi¸ trÞ )C,n( x vµ ®− îc thÓ hiÖn lµ mét h×nh ch÷ nhÊt víi kÝch th− íc ngang 2∆n,

kÝch th− íc däc 2∆Cx.3. Dùa vµo ®− êng biÓu diÔn n = f(Cx) x¸c ®Þnh nång ®é dung dÞch ®− êng cñadung dÞch ®− êng võa ®o ë trªn.


1. ¸nh s¸ng tù nhiªn vµ ¸nh s¸ng ph©n cùc toµn phÇn lµ g×?2. M« t¶ hiÖn t− îng ph©n cùc ¸nh s¸ng do l− ìng chiÕt trong tinh thÓ b¨ng lan? Sos¸nh tÝnh chÊt cña tia th− êng vµ tia bÊt th− êng sau khi lã ra khái b¶n tinh thÓb¨ng lan.3. Nãi râ t¸c dông cña nic«n dïng biÕn ¸nh s¸ng tù nhiªn thµnh ¸nh s¸ng ph©ncùc toµn phÇn, khi chiÕu ¸nh s¸ng tù nhiªn qua mét hÖ thèng 2 nic«n th× c− êng ®é¸nh s¸ng sÏ thay ®æi nh− thÕ nµo ®èi víi tr− êng hîp 2 nic«n ®Æt song song vµ ®ÆtchÐo nhau, gi¶i thÝch râ t¹i sao?4. M« t¶ hiÖn t− îng lµm quay mÆt ph¼ng ph©n cùc.5. NÕu ®− êng cã lÉn t¹p chÊt th× cã ®o ®− îc nång ®é sacar« kh«ng? T¹i sao?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 14: Kh¶o s¸t hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµix¸c ®Þnh h»ng sè Planck


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn®− îc quan s¸t hiÖu øng quang ®iÖn ngoµi vµ trang bÞ cho sinh viªn kü n¨ng thùcnghiÖm ®Ó kh¶o s¸t vÒ hiÖu øng quang ®iÖn ngoµi, dùa trªn kÕt qu¶ kh¶o s¸t, x¸c®Þnh mét trong nh÷ng h»ng sè c¬ b¶n cña vËt lý l− îng tö lµ h»ng sè Planck.1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt vÒ hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµi.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng.

BiÕt çch l¾p m¹ch thÝ nghiÖm theo s¬ ®å vµ sö dông thiÕt bÞ thÝ nghiÖm.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó x©y dùng ®− êng ®Æc tr− ng v«n – ampe cña

tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng. BiÕt çch x¸c ®Þnh hiÖu ®iÖn thÕ h·m b»ngph− ¬ng ph¸p thùc nghiÖm.



Khi chiÕu vµo mÆt b¶n kim lo¹i mét chïm ¸nh s¸ng thÝch hîp, cã b− íc

sãng λ nhá h¬n gi¸ trÞ λ0 x¸c ®Þnh, ng− êi ta thÊy cã çc electron tho¸t ra khái b¶n

®ã. HiÖn t− îng trªn gäi lµ hiÖu øng quang ®iÖn ngoµi. Gi¸ trÞ λ0 gäi lµ giíi h¹nquang ®iÖn, phô thuéc vµo b¶n chÊt cña mçi kim lo¹i. Çc electron tho¸t khái b¶nkim lo¹i gäi lµ çc quang electron.

§Ó nghiªn cøu hiÖn t− îng nµy, ta dïng mét tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng.

CÊu t¹o cña nã gåm mét bãng thuû tinh ®· hót ch©n kh«ng (10-6 ÷ 10-8 mmHg),bªn trong cã hai ®iÖn cùc; anèt A lµ mét vßng d©y kim lo¹i ®Æt ë gi÷a, catèt K lµmét líp chÊt nh¹y quang (thÝ dô nh− hîp chÊt ¨ngtim«nit xªzi SbCs...) phñ lªnnöa mÆt phÝa trong cña bãng thuû tinh. TÊt c¶ ®− îc ®Æt trong mét hép kÝn cã cöasæ nhá cho ¸nh s¸ng chiÕu vµo. Anèt A nèi víi cùc d− ¬ng (+) vµ catèt K nèi víicùc ©m (-) cña nguån ®iÖn mét chiÒu U. HiÖu ®iÖn thÕ UAK gi÷a anèt vµ catèt®− îc ®o b»ng v«nkÕ V vµ cã thÓ thay ®æi dÔ dµng nhê mét biÕn trë R (h×nh 1).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Khi chiÕu chïm ¸nh s¸ng thÝch hîp (λ < λ0) vµo catèt K, trong m¹ch ®iÖncña tÕ bµo quang ®iÖn xuÊt hiÖn dßng quang ®iÖn cã c− êng ®é I ®o b»ng

micr«ampekÕ µA. C−

êng ®é I t¨ng theo hiÖu ®iÖn thÕ UAK, tíi khi UAK ≥ Ubh th×c− êng ®é I kh«ng t¨ng n÷a vµ ®¹t gi¸ trÞ kh«ng ®æi Ibh gäi lµ c− êng ®é dßng quang®iÖn b·o hoµ. C− êng ®é dßng quang ®iÖn b·o hoµ t¨ng tû lÖ víi c− êng ®é cña chïms¸ng chiÕu vµo catèt. §å thÞ I = f(UAK) biÓu diÔn sù phô thuéc cña I vµo UAK gäi lµ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe cña tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng (h×nh 2)

Cã thÓ gi¶i thÝch hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµi b»ng thuyÕt l− îng tö ¸nhs¸ng cña Einstein. Theo thuyÕt nµy, ¸nh s¸ng cÊu t¹o bëi v« sè çc ph«t«n (l− îngtö ¸nh s¸ng). Mçi photon mang mét n¨ng l− îng x¸c ®Þnh:

λ==ε

chhf (1)

víi h lµ h»ng sè Planck, c = 3.108 m/s lµ vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng, f lµtÇn sè cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã b− íc sãng λ.

Nh− ta ®· biÕt, ªlªctron tù do trong kim lo¹i muèn tho¸t ra khái mÆt b¶nkim lo¹i th× cÇn ph¶i nhËn ®− îc mét n¨ng l− îng tèi thiÓu b»ng c«ng tho¸t A0 cñanã ®èi víi kim lo¹i ®ã. NÕu chiÕu ¸nh s¸ng thÝch hîp vµo mÆt b¶n kim lo¹i,

electron n»m ë gÇn s¸t mÆt b¶n nµy sÏ hÊp thô hoµn toµn n¨ng l− îng ε = hf cñaph«t«n ®Ó chuyÓn mét phÇn thµnh c«ng tho¸t A0 cña nã vµ phÇn cßn l¹i chuyÓnthµnh ®éng n¨ng ban ®Çu cùc ®¹i mv2

max /2 khi tho¸t khái mÆt b¶n kim lo¹i. ¸pdông ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l− îng ®èi víi çc quang electron, ta nhËn ®− îc

ph− ¬ng tr×nh Einstein:

2

mvAhf

2

max0 +==ε (2)

+

H×nh 1: S¬ ®å m¹ch ®iÖn x¸c ®Þnh ®Æc tr− ngv«n - ampe cña tÕ bµo quang ®iÖn.

Q

F

P E

U

K

µA+

+

A

I0

Ibh

Ubh

UAK

H×nh 2: §Æc tr− ng v«n - ampe cñatÕ bµo quang ®iÖn.

I

V

R

UC 0

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




v× m 2

maxv /2 > 0, nªn hf ≥ A0. Thay f = c/ λ ta suy ra ®iÒu kiÖn x¶y ra hiÖn t− îng

quang ®iÖn:

0

0A

c.hλ=≤λ (3)

Víi chïm ¸nh s¸ng thÝch hîp (λ ≤ λ0) chiÕu vµo catèt, ta nhËn thÊy:

Khi UAK > 0 vµ cµng t¨ng th× sè quang electron chuyÓn ®éng tõ catèt K vÒ anètA trong mçi ®¬n vÞ thêi gian cµng nhiÒu vµ c− êng ®é I cña dßng quang ®iÖn cµng t¨ng.

Khi UAK ≥ Ubh th× toµn bé sè quang electron tho¸t ra khái catèt K trongmçi ®¬n vÞ thêi gian ®Òu bÞ hót hÕt vÒ anèt A, do ®ã c− êng ®é I cña dßng quang®iÖn kh«ng t¨ng n÷a vµ ®¹t gi¸ trÞ b·o hoµ Ibh. NÕu c− êng ®é chïm ¸nh s¸ngthÝch hîp chiÕu vµo catèt K cµng m¹nh th× sè ph«t«n ®Õn ®Ëp vµo catèt K trongmçi ®¬n vÞ thêi gian cµng nhiÒu. Do ®ã, sè quang electron tho¸t khái catèt K vµchuyÓn ®éng vÒ anèt A trong mçi ®¬n vÞ thêi gian cµng nhiÒu vµ c− êng ®é dßngquang ®iÖn b·o hoµ Ibh cµng lín.

Râ rµng lµ ngay c¶ khi UAK

= 0, mét sè quang electron cã ®éng n¨ng cùc

®¹i 2/mv2

max ®ñ lín vÉn cã thÓ bay tõ catèt K sang anèt A ®Ó t¹o thµnh dßng

quang ®iÖn cã c− êng ®é nhá I0 ≠ 0 nh− trªn h×nh 2. Muèn triÖt tiªu dßng quang®iÖn (I0 = 0), ta ph¶i ®Æt vµo hai cùc cña tÕ bµo quang ®iÖn mét hiÖu ®iÖn thÕ c¶n(Uc = - UAK < 0) sao cho c«ng c¶n cña ®iÖn tr− êng gi÷a anèt A vµ catèt K cã trÞsè b»ng ®éng n¨ng cùc ®¹i cña quang electron:

2

mveU

2

maxc = (4)

ë ®©y e = -1,6.10-19C lµ ®iÖn tÝch cña quang electron. So s¸nh (2) víi (4), ta t×m ®− îc:eU

c = hf - A

0 (5)

Víi çc ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã tÇn sè lÇn l− ît lµ f 1 vµ f 2, hiÖu ®iÖn thÕ c¶n cãgi¸ trÞ t− ¬ng øng lµ Uc1 vµ Uc2. Khi ®ã, theo (5), ta cã:

eUc1 = hf 1 - A0 eUc2 = hf 2 - A0

Tõ ®ã suy ra gi¸ trÞ cña h»ng sè Planck:

21

2c1c

f f

UUeh

−−

= (6)

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ kh¶o s¸t hiÖn t− îng quang ®iÖn b»ng çch vÏ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe I = f(UAK) cña tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng vµ x¸c

®Þnh h»ng sè Planck h theo c«ng thøc (6).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµi, x¸c ®Þnh h»ng sèPlank (h×nh 3) gåm:

1. ThiÕt bÞ vËt lý MC - 9592. TÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng

3. §Ìn chiÕu s¸ng4. Çc kÝnh läc mµu5. Bé d©y dÉn dïng nèi m¹ch ®iÖn (9 d©y)6. Nguån ®iÖn mét chiÒu æn ¸p 0 - 100V


H×nh 3: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t hiÖn t − îng quang ®iÖn ngoµi,

x¸c ®Þnh h»ng sè Plank

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.1. Quan s¸t trªn mÆt m¸y ®Ó nhËn d¹ng vµ t×m hiÓu çch sö dông çc

thµnh phÇn cña bé thÝ nghiÖm MC - 959 (h×nh 4), bao gåm:

* TÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng ®Æt trong hép kÝn, cã hai ®iÖn cùc anèt A vµcatèt K.

* §Ìn § cã Diaphram dïng ®Ó thay ®æi c− êng ®é s¸ng chiÕu vµo tÕ bµoquang ®iÖn.

* Nguån ®iÖn U1 cung cÊp cho ®Ìn chiÕu.* Nguån ®iÖn mét chiÒu UAK ®· ®− îc nèi vµo hai chèt P, Q cã thÓ ®iÒu

chØnh liªn tôc tõ 0 - 100V khi ®o ®Æc tr− ng v«n - ampe vµ tõ 0 - 2,5V khi ®o hiÖu®iÖn thÕ c¶n, b»ng çch vÆn nóm xoay UAK ngay bªn c¹nh nã.

* V«nkÕ V ®o hiÖu ®iÖn thÕ 1 chiÒu, cã hai thang ®o 100V vµ 2,5V, (métvµi kiÓu thiÕt bÞ cã thªm thang 1V ®Ó t¨ng ®é ph©n gi¶i). Khi vÆn chuyÓn m¹ch®æi thang ®o th× nguån cung cÊp 1 chiÒu còng tù ®éng thay ®æi theo.

* Micr«ampekÕ mét chiÒu (µA) cã hai thang ®o 100 µA (®Ó ®o ®Æc tr− ng

v«n - ampe) vµ 1µA (®Ó ®o hiÖu ®iÖn thÕ c¶n). Thang ®o 1µA cã qua bé khuÕch®¹i 100 lÇn, cÇn quy "0" cÈn thËn tr− íc khi ®o.

* Çc chèt P, Q, E, F ®Ó nèi m¹ch ®iÖn.

4.2. §o ®Æc tr− ng v«n - ampe cña tÕ bµo quang ®iÖn

4.2.1. M¾c m¹ch ®iÖn nh− trªn s¬ ®å h×nh 1

* V«nkÕ V chän thang 100V

* Micr«ampekÕ A chän thang 100µA.* Nguån 1 chiÒu UAK ®Æt ë vÞ trÝ 0 (nóm xoay UAK vÆn vÒ vÞ trÝ tËn cïng tr¸i).

U1

Bé nguån8V2A

A

O V

A V

§

UAK

F

E

H×nh 4: S¬ ®å bè trÝ mÆt m¸y thiÕt bÞ vËt lý MC- 959

K1

A

K

Q

P

K

0

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




* G¹t chuyÓn m¹ch (nÕu cã) cña nguån ®iÖn mét chiÒu sang vÞ trÝ +100V.* §Æt ®Ìn § çch tÕ bµo quang ®iÖn tõ 6 ®Õn 8 cm vµ nèi nã víi nguån

®iÖn U1; çc c«ng t¾c K vµ K1 ë vÞ trÝ ng¾t ®iÖn.Sau khi thiÕt lËp xong, mêi gi¸o viªn tíi kiÓm tra m¹ch ®iÖn ®Ó ®− îc phÐp

c¾m phÝch ®iÖn cña thiÕt bÞ MC - 959 vµo æ ®iÖn xoay chiÒu 220V.

4.2.2 TiÕn hµnh ®o

a. BÊm c«ng t¾c K vµ K1 trªn mÆt m¸y: çc ®Ìn LED vµ ®Ìn chiÕu § ph¸t s¸ngb¸o hiÖu m¸y ®· s½n sµng ho¹t ®éng.

b. ThiÕt lËp dßng quang ®iÖn b·o hoµ Ibh = 20 µA. VÆn tõ tõ nóm xoay UAK sao

cho v«n kÕ V chØ 60V. Quan s¸t ®ång hå Micr«ampekÕ µA, ®iÒu chØnh tay g¹tthay ®æi ®é më Diaphram ®Ó thay ®æi c− êng ®é s¸ng chiÕu vµo tÕ bµo quang ®iÖn.

§iÒu chØnh Diaphram (khi UAK = 60V) ®Ó cã dßng quang ®iÖn IA = 20µA. VÆnnóm xoay UAK ®Ó gi¶m UAK vÒ 0.c. T¨ng dÇn hiÖu ®iÖn thÕ UAK mçi lÇn 2V, tõ 0 ®Õn 20V, ®äc vµ ghi gi¸ trÞ c− êng

®é dßng quang ®iÖn t− ¬ng øng vµo b¶ng 1. Trong kho¶ng 20V ®Õn 100V, ta thay®æi mçi lÇn 10V, ®äc vµ ghi tiÕp çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng vµo b¶ng 1.d. Thùc hiÖn çc b− íc 4.2.2.b vµ 4.2.2.c øng víi dßng quang ®iÖn b·o hoµ Ibh =

40µA, 60µA. §äc vµ ghi tiÕp çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng vµo b¶ng 1.KÕt thóc phÐp ®o gi¶m hiÖu ®iÖn thÕ nguån UAK vÒ 0. T¾t c«ng t¾c K1 (t¾t

®Ìn chiÕu), c«ng t¾c K.

4.3. §o hiÖu ®iÖn thÕ Uc øng víi çc ¸nh s¸ng ®¬n s¾c

4.3.1 M¾c l¹i m¹ch ®iÖn theo s¬ ®å h×nh 5 (b»ng çch ®æi nèi chÐo hai d©y

gi÷a çc cäc nèi d©y P - F, Q - E)

* V«n kÕ V chän thang 2,5V hoÆc 1V.

* Micr«ampe kÕ A chän thang 1µA.

µAQ F

P E

U

A K

+

+

H×nh 5: S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®o hiÖu ®iÖn thÕ c¶n U C

V+

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




* Nguån 1 chiÒu UAK ®Æt ë vÞ trÝ 0 (nóm xoay UAK vÆn vÒ tËn cïng tr¸i).* G¹t chuyÓn m¹ch (nÕu cã) cña nguån ®iÖn mét chiÒu sang vÞ trÝ +2,5V.* Çc c«ng t¾c K vµ K1 ë vÞ trÝ ng¾t ®iÖn.Sau khi thiÕt lËp xong, mêi gi¸o viªn tíi kiÓm tra m¹ch ®iÖn ®Ó ®− îc phÐp

c¾m phÝch ®iÖn cña thiÕt bÞ MC - 959 vµo æ ®iÖn xoay chiÒu 220V.

4.3.2. TiÕn hµnh ®oa. BÊm çc c«ng t¾c K trªn mÆt m¸y: çc ®Ìn LED ph¸t s¸ng b¸o hiÖu m¸y ®· s½nsµng ho¹t ®éng. §Ìn chiÕu § vÉn ch− a ®− îc ®ãng ®iÖn.b. Nguån 1 chiÒu UAK = 0. Dïng tÊm nhùa ®en che kÝn cöa sæ tÕ bµo quang ®iÖn.VÆn nóm quy "0" ®iÒu chØnh chÝnh x¸c kim ®ång hå micr«ampekÕ chØ vÒ ®óng sè 0.

c. Thay miÕng nhùa ®en b»ng tÊm kÝnh läc, cho qua ¸nh s¸ng cã b− íc sãng λ1.

BËt c«ng t¾c ®Ìn chiÕu K1. §iÒu chØnh Diaphram ®Ó cho dßng I0 = 0,4 - 0,8 µA.d. VÆn nóm xoay UAK ®Ó t¨ng dÇn hiÖu thÕ ng− îc ®Æt vµo catèt vµ anèt. Ta thÊy dßngI0 gi¶m dÇn ®Õn triÖt tiªu. §Ó ®o ®− îc hiÖu thÕ c¶n Uc, ta t¨ng dÇn tõng 0,05 hoÆc

0,1V. §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ dßng ®iÖn I t− ¬ng øng vµo b¶ng 2 cho ®Õn khi I = 0.Chó ý : §Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c hiÖu ®iÖn thÕ c¶n UC1, UC2 khi dßng I gi¶m

gÇn ®Õn 0 ta t¨ng ®iÖn ¸p mçi lÇn 0,02V cho ®Õn khi I = 0.

e. LÆp l¹i çc b− íc 4.3.2b, c, d víi kÝnh läc cho qua ¸nh s¸ng cã b− íc sãng λ2.Ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng 2.

KÕt thóc phÐp ®o gi¶m hiÖu ®iÖn thÕ nguån UAK vÒ 0. T¾t c«ng t¾c K1 (t¾t®Ìn chiÕu), c«ng t¾c K, cÊt kÝnh läc s¾c vµo hép kÝn, ®Æt tÊm nhùa ®en che cöa sætÕ bµo quang ®iÖn, th¸o m¹ch ®iÖn. X¾p xÕp dông cô gän gµng. Ghi çc sè liÖusau ®©y vµo çc b¶ng 1 vµ 2.

- Gi¸ trÞ cùc ®¹i Um vµ cÊp chÝnh x¸c δV cña v«n kÕ V øng víi mçi thang ®o.- Gi¸ trÞ cùc ®¹i Im vµ cÊp chÝnh x¸c δA cña micr«ampe kÕ µA øng víi mçi

thang ®o.

- Gi¸ trÞ çc b− íc sãng λ1 vµ λ2 cña çc kÝnh läc.Chó ý:

- Tõ çc kÕt qu¶ ®o thu ®− îc trong b¶ng 1, vÏ çc ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampeøng víi çc c− êng ®é chiÕu s¸ng kh¸c nhau trªn cïng mét hÖ trôc to¹ ®é. Tõ ®åthÞ thu ®− îc, h·y x¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ Ubh, Ibh. Gi¸ trÞ U b·o hoµ cã phô thuécnhiÒu vµo c− êng ®é s¸ng kh«ng? Gi¶i thÝch?

- Tõ çc kÕt qu¶ thu ®− îc trong b¶ng 2, vÏ çc ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe øngvíi c¶ hai b− íc sãng λ1 vµ λ2 trªn cïng mét hÖ trôc to¹ ®é.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- Trong tr− êng hîp kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®− îc chÝnh x¸c Uc trùc tiÕp do I kh«ng ®¹tgi¸ trÞ 0 ë cuèi phÐp ®o, ta kÎ ®− êng th¼ng tiÕp tuyÕn víi ®å thÞ ë çc ®iÓm cuèimçi ®− êng, giao ®iÓm cña chóng víi trôc hoµnh cho ta gi¸ trÞ hiÖu thÕ c¶n U c (h×nh 6). H»ng sè Planck tÝnh theo c«ng thøc (6).


kh¶o s¸t hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµi

x¸c ®Þnh h»ng sè Planck

0Uc

UAK

I0

H×nh 6

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Líp ...................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªnKÝp ............. Nhãm...............Hä tªn...................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


5.1. VÏ ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe cña tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng

B¶ng 1

- V«n kÕ V: Um = ... (V) δV = ...

- Microampe kÕ Im = ... (µA) δI = ...UAK(V) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30 40 50 60 70 80 90

I1 (µA)

I2 (µA)

I3 (µA)

5.2. X¸c ®Þnh h»ng sè Planck

B¶ng 2

- V«n kÕ V: Um = ... (V) δV = ...

- Microampe kÕ Im = ... (µA) δI = ...KÝnh läc s¾c 1: λ1 = ... (µm)

UAKi (V) …

Ii (µA) …

KÝnh läc s¾c 2: λ2 = ... (µm)UAKi (V) …

Ii (µA) …

a) §å thÞ ®Æc tr− ng v«n - ampe cña tÕ bµo quang ®iÖn I = f(UAK)

b) §å thÞ I = f(UAK) ®èi víi ¸nh s¸ng cã b− íc sãng λ1 vµ b− íc sãng λ2.Chó ý: §å thÞ vÏ trªn giÊy kÎ « milimÐt theo tØ lÖ thÝch hîp!

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




5.3. X¸c ®Þnh h»ng sè Plank

B¶ng 3KÝnh läc 1 KÝnh läc 2

B− íc sãng λ (µm)TÇn sè f (Hz)HiÖu ®iÖn thÕ c¶n: U

c (V)

TÝnh h»ng sè Planck h:

)Js...(...f f

UUeh

21

2c1c ==−−

=

So s¸nh víi gi¸ trÞ lý thuyÕt: hlt = 6,625.10-34 Js

)Js...(hhh lt =−=∆

Sai sè t− ¬ng ®èi:

...(%)

h

h

lt

=∆


1. §Þnh nghÜa hiÖn t− îng quang ®iÖn ngoµi. VÏ s¬ ®å vµ m« t¶ m¹ch ®iÖn dïng tÕbµo quang ®iÖn ch©n kh«ng ®Ó kh¶o s¸t hiÖn t− îng nµy.2. Ph¸t biÓu thuyÕt l− îng tö cña Einstein. øng dông thuyÕt nµy ®Ó gi¶i thÝch d¹ngcña ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe I = f(UAK) ®èi víi tÕ bµo quang ®iÖn ch©n kh«ng.3. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh h»ng sè Planck trong thÝ nghiÖm nµy.4. T¹i sao cÇn ph¶i vÏ ®å thÞ I = f(UAK) ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña hiÖu ®iÖn thÕ c¶nUc ®èi víi çc b− íc sãng kh¸c nhau? Gi¶i thÝch nguyªn nh©n t¹i sao khi UAK =Uc1 dßng quang ®iÖn kh«ng gi¶m ngay tíi 0 (tuy cßn rÊt nhá)?

Bµi 15 : x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ cña kim lo¹ib»ng m¸y ®Õm Geiger – Muller


WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó sinh viªn®− îc lµm quen víi m¸y ®Õm Geiger – Muller, víi nguån phãng x¹ yÕu vµ trang bÞcho sinh viªn kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t sù hÊp thô tia phãng x¹ trong kimlo¹i. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc c¬ së lý thuyÕt cña phÐp ®o.2. N¾m ®− îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y ®Õm Geiger – Muller. BiÕt

çch sö dông thiÕt bÞ thÝ nghiÖm.3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t sù hÊp thô tia phãng x¹ trong kim

lo¹i. BiÕt çch x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ cña kim lo¹i. 4. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm, tÝnh ®− îc sai sè theo yªu cÇu.


Çc chÊt nh− urani, ra®i, poloni... vµ çc hîp chÊt cña chóng cã tÝnh chÊtph¸t ra nh÷ng tia phãng x¹ gåm ba lo¹i: tia α lµ çc h¹t nh©n hªli, tia β lµ çc

electron, tia γ lµ çc bøc x¹ ®iÖn tõ cã b− íc sãng rÊt ng¾n.

§Ó nghiªn cøu phãng x¹ β vµ γ, ng− êi ta sö dông èng ®Õm Geiger -

Muller. §Ó nghiªn cøu phãng x¹ α, ng− êi ta sö dông èng ®Õm huúnh quang. Tuynhiªn, ngµy nay víi c«ng nghÖ hiÖn ®¹i çc èng ®Õm Geiger - Muller víi mµng

mica rÊt máng cã thÓ ®Õm ®− îc c¶ çc h¹t α.

èng ®Õm Geiger - Muller lµ mét tô ®iÖn trô ®Æt trong èng thuû tinh cã

chøa khÝ ë ¸p suÊt kho¶ng 100 mmHg (h×nh 1): mét trong hai ®iÖn cùc cña tô®iÖn trô lµ mét sîi d©y kim lo¹i, ®iÖn cùc kia lµ mét líp dÉn ®iÖn phñ lªn mÆttrong cña thµnh èng thuû tinh. V× chÊt khÝ chøa trong èng lµ ®iÖn m«i, nªn nÕuhiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®iÖn cùc cña tô ®iÖn ch− a ®¹t tíi hiÖu ®iÖn thÕ ®¸nh thñngvµ kh«ng cã tia phãng x¹ bay vµo trong tô ®iÖn, th× sÏ kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹ytrong m¹ch cña tô ®iÖn.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Khi çc h¹t phãng x¹ bay vµo kh«ng gian gi÷a hai ®iÖn cùc cña èng ®Õm,chóng sÏ i«n ho¸ chÊt khÝ lµm xuÊt hiÖn çc electron vµ çc i«n. D− íi t¸c dông cña®iÖn tr− êng gi÷a hai ®iÖn cùc, çc electron vµ çc i«n chuyÓn ®éng vÒ çc ®iÖn cùc,t¹o ra dßng xung ®iÖn ng¾n. Khi ®ã, nÕu nèi hai ®Çu a vµ b cña m¹ch ®iÖn trªn h×nh

1 víi hai b¶n lÖch ®øng (Y) cña dao ®éng ký ®iÖn tö, ta sÏ quan s¸t thÊy mét xung®iÖn cã d¹ng nh− h×nh 2. §¹i l− îng δt x¸c ®Þnh ®é dµi cña xung ®iÖn.

Çc xung ®iÖn ®− îc khuÕch ®¹i vµ ®− a vµo m¸y ®Õm xung ®iÖn tö hiÖn sèchØ thÞ ngay trªn mÆt cña m¸y ®Õm Geiger - Muller kiÓu MC - 967. §ång thêiçc xung nµy còng ®− îc ®− a vµo bé t¸c ®éng ©m thanh ®iÖn tö trong m¸y: cø mçixung ®− a vµo sÏ t¹o ra mét ©m thanh “chÝp”. Trong m¸y ®Õm nµy cßn cã mét bé®Õm thêi gian hiÖn sè nh»m khèng chÕ ho¹t ®éng cña bé ®Õm xung trong nh÷ngkho¶ng thêi gian ®Þnh tr− íc 10, 20, 30…90, 100s… b»ng çch lùa chän vÞ trÝt− ¬ng øng cña nóm chuyÓn m¹ch “TIME INTERVAL” trªn mÆt m¸y ®Õm.

§äc sè xung ®iÖn N trong kho¶ng thêi gian t trªn m¸y ®Õm, ta sÏ x¸c ®Þnh®− îc tèc ®é ®Õm xung cña m¸y tøc lµ sè xung ®iÖn n0 mµ m¸y ghi ®− îc trong mçi®¬n vÞ thêi gian:

t

Nn 0 = (1)

Mét trong çc ®Æc tr− ng cña m¸y ®Õm Geiger - Muller lµ ph«ng cña m¸y®Õm. Ph«ng cña m¸y ®Õm lµ tèc ®é ®Õm trung b×nh cña m¸y ®Õm khi kh«ng cãnguån phãng x¹. Nguyªn nh©n g©y ra ph«ng cña m¸y ®Õm chñ yÕu lµ do t¸c dôngi«n ho¸ cña çc tia vò trô hoÆc cña çc nguån phãng x¹ tù nhiªn trong ®Êt khichóng bay vµo èng ®Õm. Muèn x¸c ®Þnh ph«ng cña m¸y ®Õm, ph¶i ®Æt m¸y xa

çc nguån phãng x¹ cÇn ®o.

a

b

R2R1

+-γ

H×nh 1: S¬ ®å nguyªn lý èng Geiger - Muller

δt

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Khi çc tia phãng x¹ truyÒn qua mét tÊm kim lo¹i, chóng sÏ bÞ hÊp thôhoµn toµn hoÆc mét phÇn tuú thuéc b¶n chÊt vµ ®é dµy cña tÊm kim lo¹i nµy. Sù

hÊp thô tia phãng x¹ γ cña tÊm kim lo¹i (ch×, nh«m, ®ång...) cã ®é dµy x ®− îc x¸c®Þnh bëi hÖ thøc:

N = N0e-kx (2)

Trong ®ã N0 lµ sè h¹t phãng x¹ ghi bëi m¸y ®Õm trong kho¶ng thêi gian ∆tkhi kh«ng ®Æt tÊm kim lo¹i ch¾n cöa sæ cña m¸y ®Õm, N lµ sè h¹t phãng x¹ ghi

bëi m¸y ®Õm trong cïng kho¶ng thêi gian ∆t khi ®Æt tÊm kim lo¹i ch¾n cöa sæcña m¸y ®Õm, e lµ c¬ sè cña l«ga tù nhiªn, k lµ hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ cñatÊm kim lo¹i.

NÕu lµm thÝ nghiÖm víi hai tÊm kim lo¹i cã cïng b¶n chÊt nh− ng cã ®édµy kh¸c nhau x1 vµ x2 ®Æt ch¾n cöa sæ cña m¸y ®Õm, th× hÖ sè hÊp thô tia phãngx¹ cña tÊm kim lo¹i nµy theo (2) sÏ b»ng:

)mm(xx

Nln Nlnk 1

12

21 −

−−

= (3)

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta dïng m¸y ®Õm Geiger - Muller kiÓu MC - 967vµ ®ång hå thêi gian hiÖn sè ®Ó ®o ph«ng cña m¸y ®Õm vµ x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô

tia phãng x¹ γ cña çc tÊm kim lo¹i.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ cña kim lo¹i b»ng m¸y

H×nh 3: Bé thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ cña kim lo¹ib»ng m¸y ®Õm Geiger – Muller

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®Õm Geiger – Muller (h×nh 3) gåm:1/ M¸y ®Õm Geiger - Muller kiÓu MC - 967.

2/ Nguån phãng x¹ γ ®ùng trong hép b¶o vÖ b»ng ch×.3/ Çc tÊm kim lo¹i dïng lµm mÉu ®o.


4.1. ChuÈn bÞ cho m¸y ®Õm Geiger - Muller kiÓu MC - 967 ho¹t ®éng

- C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña m¸y ®Õm vµo nguån ®iÖn ∼220V.- BÊm kho¸ ®ãng ®iÖn K trªn mÆt m¸y: çc ®Ìn LED chØ thÞ sè ph¸t s¸ng.- Thang ®o thêi gian ‘Time interval’ ®Ó ë 100s.

4.2. X¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹ γ cña tÊm kim lo¹i

a/ §o ph«ng cña m¸y ®Õm: BÊm nót “RESET” trªn mÆt m¸y ®Ó xo¸ ®i çctr¹ng th¸i ngÉu nhiªn khi míi bËt m¸y vµ thiÕt bÞ lËp tr¹ng th¸i “0” tr− íc mçi lÇn ®o.§ång thêi bÊm ®ång hå thêi gian hiÖn sè ®o kho¶ng thêi gian øng víi sè xung N xuÊthiÖn trªn mÆt m¸y ®Õm (®óng b»ng sè h¹t phãng x¹ lät vµo trong èng ®Õm Geiger -Muller. §äc vµ ghi sè xung N trong kho¶ng thêi gian t = 100s vµo b¶ng sè liÖu. Trongtr− êng hîp nµy, tèc ®é ®Õm trung b×nh tøc lµ ph«ng cña m¸y ®Õm b»ng:

100

Nn 0 = (4)

Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 5 lÇn ®Ó tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña ph«ng n0.

b/ §Æt cöa sæ cña hép chøa nguån phãng x¹ γ h− íng ®èi diÖn cöa sæ cña m¸y

®Õm Geiger - Muller vµ çch kho¶ng tõ 2 - 4cm. BÊm nót “RESET” cña m¸y ®Õmphãng x¹ Geiger - Muller. §äc vµ ghi sè xung ®iÖn N0 trong kho¶ng thêi gian t = 100svµo b¶ng sè liÖu. Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 5 lÇn ®Ó tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña N0 .

c/ §Æt tÊm kim lo¹i cã ®é dµy x1 vµo kho¶ng gi÷a cöa sæ cña hép chøa nguån

phãng x¹ γ vµ cöa sæ cña m¸y ®Õm Geiger - Muller. BÊm nót “RESET” cña m¸y ®Õmphãng x¹ Geiger - Muller . §äc sè xung ®iÖn N01 trong kho¶ng thêi gian t = 100s, ghigi¸ trÞ N1 = N01 /100 vµo b¶ng sè liÖu. Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 5 lÇn ®Ó tÝnh gi trÞ trungb×nh.

d/ §Æt tÊm kim lo¹i cã ®é dµy x2 thay thÕ cho tÊm kim lo¹i cã ®é dµy x1. BÊm

nót “RESET” cña m¸y ®Õm phãng x¹ Geiger - Muller. §äc sè xung ®iÖn N02 trongkho¶ng thêi gian t = 100s, ghi gi¸ trÞ N2 = N02 /100 vµo b¶ng sè liÖu. Thùc hiÖn phÐp ®onµy 5 lÇn ®Ó tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Víi ph«ng cña m¸y ®Õm lµ n0, sè h¹t phãng x¹ γ truyÒn qua çc tÊm kim lo¹icã ®é dµy x1 vµ x2 sÏ lÇn l− ît b»ng:

02

'

2

01

'

1

n N N

n N N

−=

−=

Khi ®ã theo (3), hÖ sè hÊp thô tia γ cña çc tÊm kim lo¹i sÏ b»ng:

)mm(xx

' Nln' Nlnk 1

12

21 −

−−= (5)

trong ®ã ®é dµy x1 vµ x2 cña çc b¶n kim lo¹i cho biÕt s½n trªn bµn thÝ nghiÖm. (NÕu®é dµy x1 vµ x2 kh«ng cho tr− íc th× ph¶i dïng th− íc kÑp hoÆc panme ®Ó x¸c ®Þnh).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





x¸c ®Þnh hÖ sè hÊp thô tia phãng x¹b»ng m¸y ®Õm Geiger – Muller


Líp ...............................................KÝp ................Nhãm ....................Hä tªn...........................................


................................................................................................................................................

................................................................................................................................................


B¶ng sè liÖu.

- §é dµy cña çc tÊm kim lo¹i : x1 = ... ± ...( mm)

x2 = ... ± ...( mm)- Kho¶ng thêi gian ®Þnh tr− íc : t = 100s

LÇn ®o Ni n0i ∆n0i N0i N1i ∆N1i N2i ∆N2i

i = 1...5

TB

......n N N 01

'

1 ==−=

......n N N 02

'

2 ==−=

......n N N 01

'

1 ==∆+∆=∆

......n N N 02

'

2 ==∆+∆=∆

Sai sè t− ¬ng ®èi trung b×nh cña hÖ sè hÊp thô phãng x¹ γ:

......

xx

xx

N

N

N

N

Nln Nln

1

k

k

12

21

'1

'

1

'2

'

2

'2

'1

==−

∆+∆+

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ ∆+

∆

−=

∆=ε

Gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè hÊp thô phãng x¹ γ theo c«ng thøc (5):

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




)mm...(...xx

Nln Nlnk 1

12

'

2

'

1 −==−

−=

Sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh cña hÖ sè hÊp thô phãng x¹ γ :)mm...(...k k 1−==ε=∆

KÕt qu¶:

)mm...(...k k k 1−±=∆±=


1/ KÓ tªn vµ nªu râ b¶n chÊt cña çc thµnh phÇn cã trong tia phãng x¹ cña urani vµ çchîp chÊt cña nã.2/ Gi¶i thÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y ®Õm Geiger - Muller.3/ §Þnh nghÜa ph«ng cña m¸y ®Õm. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p ®o ph«ng cña m¸y ®ÕmGeiger - Muller hiÖn sè cña MC - 967.

4/ Nªu râ ®Þnh luËt hÊp thô tia phãng x¹ trong çc chÊt. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p x¸c®Þnh hÖ sè hÊp thô tia γ cña tÊm kim lo¹i b»ng m¸y ®Õm Geiger - Muller.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 16: Kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®écña ®iÖn trë kim lo¹i, b¸n dÉn


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ trang bÞ cho sinh viªn kiÕnthøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t sù phô thuéc cña ®iÖn trë kim lo¹i vµb¸n dÉn vµo nhiÖt ®é. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n cña lý thuyÕt vïng n¨ng l− îng, quy luËtphô thuéc vµo nhiÖt ®é cña ®iÖn trë chÊt b¸n dÉn vµ kim lo¹i.

2. N¾m nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. BiÕt çch sö dông ®ång hå®iÖn v¹n n¨ng hiÖn sè. BiÕt çch sö dông thiÕt bÞ æn ®Þnh nhiÖt ®é vµ nhiÖt kÕ®iÖn tö hiÖn sè.

3. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t sù phô thuéc cña ®iÖn trë vµo nhiÖt®é.



2.1. S¬ l− îc vÒ thuyÕt vïng n¨ng l− îng trong vËt r¾n tinh thÓ

C¨n cø vµo tÝnh dÉn ®iÖn, ng− êi ta chia vËt r¾n thµnh 3 lo¹i: Kim lo¹i, b¸ndÉn vµ ®iÖn m«i (chÊt çch ®iÖn). Theo thuyÕt vïng n¨ng l− îng, do t− ¬ng t¸c cñaelectron ho¸ trÞ víi m¹ng tinh thÓ cña vËt r¾n, çc møc n¨ng l− îng cho phÐp cña

electron trong mçi nguyªn tö bÞ t¸ch ra thµnh çc møc n¨ng l− îng n»m rÊt xÝtnhau vµ hîp thµnh vïng cho phÐp. Çc vïng cho phÐp ng¨n çch bëi çc vïngcÊm (tøc lµ vïng gåm çc gi¸ trÞ n¨ng l− îng kh«ng thÓ cã cña çc electron trongm¹ng tinh thÓ). Vïng cho phÐp trong ®ã tÊt c¶ çc møc ®· bÞ çc electron "lÊp®Çy" gäi lµ vïng ®Çy hay vïng ho¸ trÞ. Vïng cho phÐp trong ®ã tÊt c¶ çc møccßn “bá trèng” (ch− a bÞ çc electron chiÕm chç) gäi lµ vïng trèng hay vïng dÉn.Khi çc nguyªn tö ë tr¹ng th¸i b×nh th− êng (kh«ng bÞ kÝch thÝch) th× n¨ng l− îngcña çc electron ®Òu n»m trong vïng ho¸ trÞ nªn chóng kh«ng thÓ tham gia vµoqu¸ tr×nh dÉn ®iÖn. ChØ khi çc nguyªn tö bÞ kÝch thÝch bëi t¸c dông bªn ngoµi

(nung nãng, chiÕu s¸ng, ®iÖn tr− êng...) th× çc electron n»m ë møc n¨ng l− înggÇn ®Ønh vïng ho¸ trÞ sÏ hÊp thô thªm n¨ng l− îng ®Ó “v− ît qua” vïng cÊm vµ

chuyÓn lªn vïng dÉn, trë thµnh “electron dÉn”. V× thÕ, ®é réng ∆E0 cña vïng cÊm

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®− îc gäi lµ n¨ng l− îng kÝch ho¹t. Cã thÓ gi¶i thÝch tÝnh dÉn ®iÖn cña kim lo¹i vµb¸n dÉn nh− sau:- Trong kim lo¹i, vïng ho¸ trÞ hoÆcn»m chång mét phÇn lªn vïng dÉn hoÆcn»m rÊt gÇn ®¸y vïng dÉn v× vïng cÊm

∆E0 cña nã kh¸ nhá (vµo cì 0,01 ÷ 0,1eV), nªn ngay c¶ khi çc nguyªn tö ëtr¹ng th¸i b×nh th− êng (kh«ng bÞ kÝchthÝch) th× do th¨ng gi¸ng cña n¨ngl− îng chuyÓn ®éng nhiÖt còng lµm choçc electron n»m ë ®Ønh vïng ho¸ trÞ cãd− n¨ng l− îng ®Ó chuyÓn lªn vïng dÉn.Do ®ã, kim lo¹i ë tr¹ng th¸i b×nhth− êng vÉn dÉn ®iÖn tèt.

- Trong b¸n dÉn, vïng ho¸ trÞ n»m kh¸ xa ®¸y vïng dÉn v× vïng cÊm ∆E0 cña nã kh¸ lín (vµo cì ≈ 1÷ 3eV), nªn khi çc nguyªn tö ë tr¹ng th¸i b×nhth− êng th× çc electron ho¸ trÞ cña nã kh«ng thÓ v− ît qua vïng cÊm vµ chØ khichóng ë tr¹ng th¸i bÞ kÝch thÝch bëi t¸c dông bªn ngoµi ®ñ m¹nh th× çc electron ë®Ønh vïng ho¸ trÞ míi thu ®ñ n¨ng l− îng ®Ó chuyÓn lªn vïng dÉn, t¹o thµnh tÝnhdÉn ®iÖn b»ng electron. MÆt kh¸c, sau khi çc electron ë ®Ønh vïng ho¸ trÞ võachuyÓn lªn vïng dÉn th× çc møc n¨ng l− îng ë ®Ønh vïng ho¸ trÞ bÞ bá trèng - gäilµ çc “lç trèng”, l¹i ®− îc çc electron n»m ë møc n¨ng l− îng thÊp h¬n trongvïng ho¸ trÞ chuyÓn lªn lÊp çc “lç trèng” nµy, t¹o thµnh tÝnh dÉn ®iÖn b»ng lç

trèng. - Dùa vµo ®Æc ®iÓm cña c¬ chÕ dÉn ®iÖn, ng− êi ta chia b¸n dÉn thµnh hailo¹i: B¸n dÉn lo¹i n dÉn ®iÖn chñ yÕu b»ng “electron dÉn”, b¸n dÉn p dÉn ®iÖnchñ yÕu b»ng “lç trèng”.

- Trong ®iÖn m«i, ®é réng vïng cÊm rÊt lín nªn çc electron trong vïngho¸ trÞ kh«ng thÓ thu ®ñ n¨ng l− îng ®Ó v− ît qua vïng cÊm, trõ tr− êng hîp ®iÖntr− êng kÝch thÝch cã c− êng ®é rÊt m¹nh dÉn tíi hiÖn t− îng “®¸nh thñng ®iÖnm«i”.

2.2. Sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë kim lo¹i

Çc electron ë vïng dÉn lu«n lu«n chuyÓn ®éng nhiÖt hçn lo¹n, nªn tÝnhtrung b×nh theo thêi gian th× l− îng ®iÖn tÝch chuyÓn qua mét thiÕt diÖn bÊt k×

Vïng cÊm ∆E0

Vïng dÉn

Vïng ho¸ trÞ

H×nh 1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




trong vËt dÉn sÏ b»ng kh«ng. Khi cã t¸c dông cña ®iÖn tr− êng ngoµi, çc electronë vïng dÉn chuyÓn ®éng cã h− íng vµ t¹o thµnh dßng ®iÖn ch¹y qua vËt dÉn.Thùc nghiÖm cho biÕt trong kho¶ng nhiÖt ®é kh«ng qu¸ lín th× ®iÖn trë cña kimlo¹i t¨ng tû lÖ bËc nhÊt theo nhiÖt ®é, nghÜa lµ:

Rt = R0(1 + αt) (1)

Trong ®ã R0 vµ Rt lµ ®iÖn trë cña kim lo¹i ë nhiÖt ®é 00C vµ t0C, α lµ hÖ sè

nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i (α > 0). Gi¸ trÞ cña α phô thuéc b¶n chÊt vµ nhiÖt ®é cñakim lo¹i.

Khi nhiÖt ®é kim lo¹i t¨ng, çc i«n d− ¬ng trong m¹ng tinh thÓ kim lo¹i sÏdao ®éng m¹nh h¬n víi çc tÇn sè kh¸c nhau. TËp hîp çc dao ®éng cña m¹ngtinh thÓ ®− îc “l− îng tö ho¸” thµnh çc ph«n«n. Râ rµng chuyÓn ®éng ®Þnh h− íngcña çc electron dÉn trong m¹ng tinh thÓ kim lo¹i trë nªn “khã kh¨n” h¬n dochóng va ch¹m m¹nh h¬n víi çc ph«n«n. Nh− vËy nhiÖt ®é kim lo¹i t¨ng sÏ lµmgi¶m ®é dÉn ®iÖn vµ lµm t¨ng ®iÖn trë cña kim lo¹i.

2.3. Sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë b¸n dÉn§iÖn trë cña b¸n dÉn phô thuéc

phøc t¹p vµo nhiÒu th«ng sè nh− sèl− îng t¹p chÊt vµ çc ®iÒu kiÖn bªnngoµi (nhiÖt ®é, ®é räi s¸ng, bøc x¹®iÖn tö...). ë ®©y ta chØ quan t©m tíi sùphô thuéc cña ®iÖn trë b¸n dÉn vµonhiÖt ®é. Thùc nghiÖm cho biÕt trongkho¶ng nhiÖt ®é nµo ®ã, nãi chung khinhiÖt ®é t¨ng th× ®iÖn trë cña b¸n dÉngi¶m theo qui luËt hµm mò:

KT2

E

T

0

AeR ∆

= (3)víi A lµ hÖ sè tû lÖ; T(K) = 273 + t0C lµnhiÖt ®é kelvin (K); RT lµ ®iÖn trë cña

b¸n dÉn ë nhiÖt ®é T((K); ∆E0 lµ n¨ngl− îng kÝch ho¹t cña b¸n dÉn; e lµ c¬ sècña l«ga tù nhiªn (hay l«ga Nªpe); K =1,38.10-23 J/K lµ h»ng sè Boltzmann.

Râ rµng khi nhiÖt ®é t¨ng, çc electron ë vïng ho¸ trÞ sÏ dao ®éng víi n¨ngl− îng lín h¬n vµ chóng cã thÓ dÔ dµng chuyÓn lªn vïng dÉn, lµm t¨ng nhanh sèl− îng çc “electron dÉn” vµ çc “lç trèng”. Nh− vËy ®é dÉn ®iÖn cña b¸n dÉn sÏt¨ng m¹nh vµ do ®ã ®iÖn trë cña b¸n dÉn sÏ gi¶m m¹nh khi nhiÖt ®é t¨ng.

NK

35.4

B

H×nh 2

Rbd

QK

Rkl

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë

kim lo¹i vµ b¸n dÉn, ®ång thêi x¸c ®Þnh hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë α cña kim lo¹i vµ

n¨ng l− îng kÝch ho¹t ∆E0 cña b¸n dÉn. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm (h×nh 2) gåm mét b×nh®un n− íc b»ng ®iÖn B dïng nung nãng mét l− îng dÇu nhên ®ùng trong mét èngthuû tinh. NhiÖt ®é dÇu nhên ®o b»ng nhiÖt kÕ hiÖn sè NK. Çc chÊt kim lo¹i R kl hoÆc chÊt b¸n dÉn R

bd

cÇn nghiªn cøu ®− îc nhóng ch×m trong dÇu nhên. Gi¸ trÞcña çc ®iÖn trë ®− îc ®o b»ng hai ®ång hå ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè (Multimeter)dïng lµm «mkÕ. §Ó nhiÖt ®é ph©n bè ®Òu trong khèi dÇu nhên, ta dïng mét m¸ykhuÊy gåm mét que khuÊy QK nèi víi trôc cña mét ®éng c¬ ®iÖn nhá cã tèc ®équay ®iÒu chØnh ®− îc nhê thay ®æi ®iÖn ¸p cña nguån ®iÖn cung cÊp.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë kim lo¹i, b¸ndÉn (h×nh 3) gåm :

1. ThiÕt bÞ nung nãng: Lß ®iÖn, m¸y khuÊy, b×nh kim lo¹i ®ùng n− íc, èng thuûtinh chøa dÇu nhên.

2. NhiÖt kÕ hiÖn sè tõ 0 ÷ 1500C, ®é chÝnh x¸c 0,10C.3. Hai ®ång hå ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè dïng lµm «mkÕ.4. MÉu kim lo¹i.5. MÉu b¸n dÉn.6. Bé d©y dÉn cã ®Çu c¾m cña çc ®ång hå ®o ®iÖn hiÖn sè (4 d©y).

H×nh 3: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®écña ®iÖn trë kim lo¹i, b¸n dÉn

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





1. Tr− íc hÕt cÇn hiÓu kü çch sö dông nhiÖt kÕ hiÖn sè vµ ®ång hå ®o ®iÖn ®an¨ng hiÖn sè cã trong bµi thÝ nghiÖm (h×nh 4).

2. C¾m ®Çu ®o cña nhiÖt kÕ hiÖn sè NK vµo dÇu nhên trong èng thuû tinh. Nèi

®éng c¬ ®iÖn víi hai cùc cña nguån ®iÖn mét chiÒu (h×nh 5).C¾m çc ®Çu d©y cña hai ®ång hå ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè dïng lµm «mkÕ

vµo çc chèt cña ®iÖn trë kim lo¹i Rkl vµ ®iÖn trë b¸n dÉn Rbd.Chó ý: Ph¶i vÆn nóm xoay cña çc «mkÕ ®Ó ®Æt ®óng thang ®o thÝch hîp:- Gi¸ trÞ ®iÖn trë kh«ng v− ît qu¸ thang trong vïng nhiÖt ®é kh¶o s¸t.- Cã ®é chÝnh x¸c cao nhÊt.

3. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña b×nh ®un n− íc B vµo nguån xoay chiÒu 220V; ®ÌnLED ph¸t s¸ng vµ b×nh ®un n− íc B b¾t ®Çu nung nãng khèi dÇu nhên trong èng

thuû tinh. BËt c«ng t¾c M cña m¸y khuÊy vµ ®iÒu chØnh tèc ®é khuÊy võa ph¶i ®Ón− íc kh«ng bÞ b¾n ra ngoµi.

H×nh 4

DIGITAL MULTIMETER

DT9202 ONOFF

12.58

20µ 2µ

200n2n

FREQ

200m2

20

200

1000200

202m

2K20K 2M20M

200M2m

20m

200m

20

20200m

20m2m

F

ACV

DCV

Ω

DCA

ACA

20A A COM V/ Ω

CX

NGUåN MéT CHIÒU 0 – 12V

V A0

6

1

+ 12V LED

H×nh 5

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Theo dâi nhiÖt ®é cña dÇu nhên trªn nhiÖt kÕ NK t¨ng tíi 70oC th× t¾t c«ngt¾c N cña nguån vµ vÉn cho m¸y khuÊy tiÕp tôc ho¹t ®éng (sau khi t¾t nguånnhiÖt ®é cña dÇu vÉn tiÕp tôc t¨ng).

4. Chê nhiÖt ®é khèi dÇu nhên gi¶m xuèng ®Õn 850C (hoÆc 800C) th× b¾t ®Çu ®äcvµ ghi vµo b¶ng 1 çc sè ®o nhiÖt ®é t cña khèi dÇu nhên vµ sè ®o t− ¬ng øng cña

çc ®iÖn trë Rt vµ RT . Mçi lÇn nhiÖt ®é gi¶m xuèng 50C, ta l¹i ®äc vµ ghi çc sè®o cña t, Rt vµ RT (Ýt nhÊt ph¶i ®o ®− îc 6 cÆp sè liÖu cña t vµ R t− ¬ng øng).

5. Khi nhiÖt ®é cña khèi dÇu nhên gi¶m ®Õn 500C th× ngõng kh«ng ®äc n÷a. T¾tc«ng t¾c M cña m¸y khuÊy. T¾t nhiÖt kÕ hiÖn sè NK vµ t¾t çc ®ång hå ®a n¨nghiÖn sè.

6. §äc vµ ghi ®é chÝnh x¸c cña nhiÖt kÕ hiÖn sè NK vµ cña çc «mkÕ hiÖn sè vµob¶ng sè liÖu.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®écña ®iÖn trë kim lo¹i vµ b¸n dÉn

Líp ...................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªn

KÝp ............ Nhãm ...............Hä tªn ..................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng sè liÖu

- NhiÖt kÕ hiÖn sè: ∆t = ...( 0C )- §ång hå ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè (dïng lµm «mkÕ):

khi ®o Rkl dïng thang ... víi ∆R = ... (Ω)

khi ®o Rbd dïng thang ... víi ∆R = ... (Ω)Khi nhiÖt ®é t gi¶m dÇn

§iÖn trë kim lo¹i §iÖn trë b¸n dÉn

ti (

0

C) Rti

(Ω) T i (K) Xi = 1/T i RTi (Ω) Y = lnRTi 85 (hoÆc 80)...

5.1. Kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë kim lo¹i

a. VÏ ®å thÞ Rt = R0(1 + αt): §Æt çc gi¸ trÞ ®iÖn trë Rt trªn trôc tung vµ çc gi¸ trÞnhiÖt ®é t trªn trôc hoµnh .b. TÝnh hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña mÉu kim lo¹i.

§å thÞ kÐo dµi sÏ c¾t trôc tung t¹i gi¸ trÞ ®iÖn trë R 0 øng víi nhiÖt ®é 00Cvµ gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè α tÝnh theo gãc nghiªng θ:

nm

tntm

00 tt

R R

R

1tgR

1

−−=θ=α = ... (1/®é)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




c. Cho biÕt kim lo¹i ®· kh¶o s¸t lµ ®ång. H·y so s¸nh gi¸ trÞ cña hÖ sè nhiÖt ®iÖn

trë α ®− îc x¸c ®Þnh víi gi¸ trÞ α trong tµi liÖu ®· biÕt.

5.2. Kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë b¸n dÉn

a. VÏ ®å thÞ KT2

E

T

0

AeR ∆

= : TuyÕn tÝnh ho¸ ®å thÞ nµy b»ng çch ¸p dông phÐp tÝnh

l«garit:KT2

EAlnR ln 0

T

∆+= . §Æt X = 1/T,

K 2

Ea 0∆= , b = lnA, Y = lnRT , ta sÏ nhËn

®− îc ®å thÞ cã d¹ng ®− êng th¼ng Y = b + aX.b. TÝnh n¨ng l− îng kÝch ho¹t cña mÉu b¸n dÉn

§å thÞ Y = b + aX kÐo dµi c¾t trôc tung t¹i gi¸ trÞ b = lnA vµ gi¸ trÞ trung

b×nh cña n¨ng l− îng kÝch ho¹t ∆E0 ®− îc x¸c ®Þnh theo gãc nghiªng ϕ.

nm

nm0

XX

YYtg

K 2

Ea −

−=ϕ=

∆=

→ ∆E0 = 2ktgϕ víi k = 1,38.10-23 J/K lµ h»ng sè Boltzman.

KÕt qu¶ tÝnh:

∆E0 = ... = ... (J)

θ

t (0C)

Rt(Ω)

H×nh 6

0 tntm

Rtm

Rtn

R0

ϕ

H×nh 7

0 Xn Xm

X

Y = lnRT

Ym

Yn

b

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó ý: VÏ ®å thÞ trªn giÊy kÎ « milimÐt vµ chän çc tØ lÖ thÝch hîp.c. Gi¶ sö trong vïng nhiÖt ®é ®· kh¶o s¸t nång ®é phÇn tö t¶i thuÇn lµ chñ yÕu.H·y s¬ bé x¸c ®Þnh tªn chÊt b¸n dÉn.

Cho biÕt n¨ng l− îng vïng cÊm ∆E0 (eV) cña mét sè chÊt b¸n dÉn nh− sau:PbSe: 0,55 eV; PbS: 0,6 eV; Ge: 0,67 eV; GaSb: 0,7 eV; Mg3Sb2: 0,8 eV; Ca2Sn:0,9 eV; Si: 1,1 eV; InP: 1,3 eV; Gaas: 1,4 eV; Sic: 1,5 eV.


1. Tr×nh bµy ®Þnh tÝnh thuyÕt vïng n¨ng l− îng vµ øng dông ®Ó gi¶i thÝch:- TÝnh dÉn ®iÖn cña kim lo¹i vµ cña b¸n dÉn.- Sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë kim lo¹i vµ b¸n dÉn.

2. Nªu râ çc c«ng thøc biÓu diÔn qui luËt phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë kimlo¹i vµ b¸n dÉn.

3. M« t¶ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm dïng kh¶o s¸t sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë

kim lo¹i vµ b¸n dÉn.4. Tr×nh bµy ph− ¬ng ph¸p dïng ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë α cña kim

lo¹i vµ çch tuyÕn tÝnh ho¸ ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh n¨ng l− îng kÝch ho¹t ∆E0 cñab¸n dÉn.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi 17: Kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña diode vµ transistor


1.1. Môc ®Ých: Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm nµy lµ t¹o ®iÒu kiÖn cho sinh viªn

®−

îc tiÕp xóc víi çc linh kiÖn b¸n dÉn phæ dông nhÊt lµ diode vµ transistor vµtrang bÞ cho sinh viªn kiÕn thøc vµ kü n¨ng thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cñadiode vµ transistor. 1.2. Yªu cÇu

1. N¾m ®− îc nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ b¸n dÉn, diode vµ transistor.2. N¾m ®− îc nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ thÝ nghiÖm.3. BiÕt çch l¾p m¹ch ®o theo s¬ ®å.4. BiÕt çch tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña diode vµ transistor. 5. ViÕt ®− îc b¸o ço thÝ nghiÖm theo yªu cÇu.


2.1. §Æc tÝnh chØnh l− u cña diode b¸n dÉn

2.1.1. TÝnh dÉn ®iÖn cña b¸n dÉn tinh khiÕt (b¸n dÉn thuÇn)

Çc nguyªn tö si-lÝch (Si), giÐc-ma-ni (Ge)... cã 4 electron ë líp ngoµicïng, khi kÕt tinh, chóng liªn kÕt víi nhau bëi 4 ®«i electron gãp chung víi 4nguyªn tö l¸ng giÒng, gäi lµ liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ. V× vËy ë nhiÖt ®é thÊp, çc tinhthÓ Ge, Si... tinh khiÕt kh«ng cã çc nguyªn tö tù do, chóng lµ nh÷ng chÊt çch®iÖn. Tuy nhiªn, ë nhiÖt ®é cao, n¨ng l− îng chuyÓn ®éng nhiÖt ®ñ cho mét sè

electron bøt ra khái mèi liªn kÕt ®ång hãa trÞ, trë thµnh electron tù do, vµ ®Ó l¹i ënguyªn tö mét lç trèng p, t− ¬ng ®− ¬ng víi mét h¹t ®iÖn d− ¬ng mang ®iÖn tÝch +e.Lç trèng nµy nh− mét çi bÉy, cã thÓ b¾t electron cña nguyªn tö bªn c¹nh vµ t¹ora mét lç trèng míi. C¬ chÕ nµy cho phÐp çc lç trèng cã thÓ di chuyÓn tù dotrong tinh thÓ nªn lç trèng ®− îc gäi lµ çc lç trèng tù do. Nh− vËy, nhê qu¸ tr×nhkÝch thÝch v× nhiÖt, hai lo¹i h¹t mang ®iÖn tù do e vµ p ®ång thêi xuÊt hiÖn trongchÊt b¸n dÉn. Víi nång ®é b»ng nhau (ne = np =ni), cïng tham gia vµo qu¸ tr×nhdÉn ®iÖn. ë nhiÖt ®é phßng, qu¸ tr×nh kÝch thÝch v× nhiÖt cña çc b¸n dÉn tinhkhiÕt x¶y ra yÕu, nång ®é ni rÊt nhá, ®iÖn trë suÊt cña chóng kh¸ lín.

2.1.2. B¸n dÉn t¹p chÊtKhi pha t¹p çc nguyªn tö thuéc nhãm 5, ch¼ng h¹n nh− ¾csen (As) vµo

tinh thÓ si-lÝch, 4 trong sè 5 electron líp ngoµi cïng cña nguyªn tö As liªn kÕt

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®ång ho¸ trÞ víi 4 nguyªn tö Si-lÝc xung quanh, cßn l¹i 1 electron liªn kÕt yÕu víih¹t nh©n As, dÔ bÞ bøt ra khái As trë thµnh electron tù do vµ As trë thµnh 1 iond− ¬ng t¹p chÊt. ë nhiÖt ®é phßng, n¨ng l− îng nhiÖt ®ñ ®Ó kÝch thÝch toµn bé çcnguyªn tö t¹p As trong m¹ng tinh thÓ Si, t¹o ra rÊt nhiÒu electron tù do, e chiÕm®a sè trë thµnh h¹t dÉn c¬ b¶n, lç trèng chiÕm thiÓu sè trë thµnh lo¹i h¹t dÉnkh«ng c¬ b¶n, b¸n dÉn pha t¹p As ®− îc gäi lµ b¸n dÉn lo¹i n, cã ne >> np.

Còng t− ¬ng tù nh− thÕ, nÕu ta pha t¹p vµo tinh thÓ si-lÝch çc nguyªn töthuéc nhãm 3, ch¼ng h¹n ga-li (Ga), chØ cã 3 electron líp ngoµi cïng. Liªn kÕtvíi 4 nguyªn tö Si xung quanh Ga bÞ thiÕu 1 electron, t¹o ra mét nót khuyÕt, haymét lç trèng liªn kÕt. Nã cã thÓ b¾t mét electron cña nguyªn tö Si ë xung quanh,trë thµnh mét ion ©m Ga t¹p chÊt vµ t¹o ra mét lç trèng tù do. B¸n dÉn trë nªngiµu lç trèng tù do, ®− îc gäi lµ b¸n dÉn lo¹i p. Lç trèng chiÕm ®a sè lµ h¹t dÉn c¬b¶n, electron lµ h¹t dÉn kh«ng c¬ b¶n: ne << np.2.1.3. TiÕp xóc pn vµ ®Æc tÝnh chØnh l− u cña diode b¸n dÉn

Khi cho hai b¸n dÉn lo¹i p vµ lo¹i n tiÕp xóc víi nhau, t¹i miÒn tiÕp xóc,

do cã sù chªnh lÖch lín vÒ nång ®é çc h¹t dÉn cïng lo¹i gi÷a hai bªn mµ x¶y rahiÖn t− îng khuÕch t¸n cña çc h¹t dÉn c¬ b¶n tõ miÒn nµy sang miÒn kia, lç trèngtõ miÒn p sang n vµ electron tõ n sang p. Khi di chuyÓn sang p, electron sÏ t¸i hîpvíi lç trèng ë bªn p ®ång thêi ®Ó l¹i bªn b¸n dÉn n çc ion (+) t¹p chÊt, h×nhthµnh nªn vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian (+) gäi lµ “vïng nghÌo” (thiÕu h¹t dÉn c¬b¶n lµ e).

T − ¬ng tù nh− thÕ khi lç trèng di chuyÓn sang bªn n sÏ còng t¹o ra vïng®iÖn tÝch kh«ng gian (-) bªn b¸n dÉn p.

KÕt qu¶ lµ mét líp ®iÖn tÝch kÐp xuÊt hiÖn ë l©n cËn hai bªn mÆt tiÕp xóc,h×nh thµnh nªn mét ®iÖn tr− êng tiÕp xóc (E

tx) h− íng tõ n sang p. §iÖn tr− êng nµy

ng¨n c¶n chuyÓn ®éng khuÕch t¸n cña çc h¹t dÉn c¬ b¶n, mÆt kh¸c nã l¹i gia tèccho chuyÓn ®éng cña çc h¹t dÉn kh«ng c¬ b¶n ®i qua tiÕp xóc pn, cßn gäi lµchuyÓn ®éng “tr«i”. ChuyÓn ®éng ng− îc chiÒu nhau cña hai dßng “khuÕch t¸n”vµ “tr«i” sÏ ®i tíi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng: Itr = Ikt vµ t¹o nªn mét ®iÖntr− êng tiÕp xóc Etx x¸c ®Þnh, t− ¬ng øng mét hiÖu ®iÖn thÕ tiÕp xóc Utx x¸c ®Þnh(h×nh 1a). Utx vµo cì 0,3V ®èi víi b¸n dÉn lµm tõ Ge, vµ 0,6V ®èi víi b¸n dÉnlµm tõ Si.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




NÕu chóng ta ®Æt mét ®iÖn tr− êng ngoµi E lªn tiÕp xóc p – n sao cho ®iÖnthÕ (+) ®Æt lªn b¸n dÉn p vµ ®iÖn thÕ (-) lªn b¸n dÉn n (h×nh 1b), th× khi ®ã ®iÖntr− êng ngoµi sÏ ng− îc h− íng Etx. NÕu E ®ñ lín, nã sÏ triÖt tiªu ®iÖn tr− êng tiÕpxóc, ®ång thêi gia tèc cho chuyÓn ®éng cña çc h¹t dÉn c¬ b¶n cña c¶ hai bªnch¹y qua tiÕp xóc pn t¹o ra mét dßng ®iÖn lín. Nãi theo mét ng«n ng÷ kh¸c, vïngnghÌo bÞ thu hÑp l¹i vµ ®iÖn trë cña líp tiÕp xóc pn trë nªn rÊt nhá. Trong tr− êng

hîp nµy ta nãi r»ng tiÕp xóc p - n ®− îc ph©n cùc thuËn.Ng− îc l¹i nÕu ®iÖn thÕ (-) ®Æt nªn b¸n dÉn p vµ ®iÖn thÕ (+) ®Æt lªn b¸n

dÉn n (h×nh 1c) th× ®iÖn tr− êng ngoµi E sÏ cïng chiÒu Etx. §iÖn tr− êng tæng hîp(cïng chiÒu Etx), mét mÆt triÖt tiªu hoµn toµn dßng khuÕch t¸n cña çc h¹t ®iÖn c¬b¶n, mÆt kh¸c gia tèc m¹nh mÏ çc h¹t dÉn kh«ng c¬ b¶n lµm cho c− êng ®é dßngçc h¹t nµy nhanh chãng t¨ng lªn ®Õn møc b·o hoµ, ng− êi ta th− êng gäi lµ dßng®iÖn ng− îc b·o hoµ vµ ký hiÖu lµ I0. Tuy nhiªn nång ®é çc h¹t dÉn kh«ng c¬ b¶nrÊt nhá, nªn gi¸ trÞ cña I0 chØ vµo cì 10-9A. Trong tr− êng hîp nµy ta nãi tiÕp xócp - n ®− îc ph©n cùc ng− îc.

Lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng dßng ®iÖn ®i qua tiÕp xócp-n tu©n theo qui luËt hµm mò:

)1kT

eU(expII 0 −⎟

⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛ = (1)

Trong ®ã: - I0: c− êng ®é dßng ®iÖn ng− îc.- e: ®iÖn tÝch cña electron.- k: h»ng sè Boltzman.- T: nhiÖt ®é tuyÖt ®èi (K).

§å thÞ I = f(UAK) trªn h×nh 2a cho biÕt mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn ch¹yqua tiÕp xóc pn vµ ®iÖn ¸p ®Æt gi÷a hai cùc cña nã gäi lµ ®− êng ®Æc tr− ng v«n -

ampe. Râ rµng, tiÕp xóc p-n chØ cho phÐp dßng ®iÖn ®i qua theo mét chiÒu. TÝnhchÊt nµy cña tiÕp xóc pn gäi lµ ®Æc tÝnh chØnh l− u hay tÝnh chÊt van.

a

p n

Ikt

Itr

Etx

p nEtx

E

Ut

+ -It

Etx

E

p n

Un+-IC

b c

H×nh 1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




2.1.4. Diode

TiÕp xóc p-n vµ ®Æc tÝnh chØnh l− u cña nã ®− îc øng dông ®Ó t¹o ra métdông cô b¸n dÉn gäi lµ diode (®ièt), lµ dông cô kh«ng thÓ thiÕu ®− îc trong çc bébiÕn ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu vµ nhiÒu øng dông kh¸c trong küthuËt ®iÖn tö. Ký hiÖu cña diode trong m¹ch ®iÖn ®− îc chØ ra trªn h×nh 2b, trong®ã mòi tªn chØ chiÒu dßng ®iÖn xuÊt ph¸t tõ miÒn b¸n dÉn p.

Trong thÝ nghiÖm nµy ta sÏ kh¶o s¸t ®Æc tÝnh chØnh l− u cña ®iode b»ngçch vÏ ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe I = f(U) cña nã.2.2. Transistor (trandito) vµ ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cña transistor

Transistor lµ dông cô b¸n dÉn ®− îc cÊu t¹o tõ ba miÒn cã tÝnh dÉn ®iÖnkh¸c nhau. NÕu miÒn ë gi÷a lµ b¸n dÉn lo¹i p th× hai bªn lµ b¸n dÉn lo¹i n: ®ã lµtransistor lo¹i npn (h×nh 3a). Cßn nÕu phÇn ë gi÷a lµ b¸n dÉn lo¹i n th× hai bªn lµb¸n dÉn lo¹i p: ®ã lµ transistor lo¹i pnp (h×nh 3b).

b

A K

U(V)

I(mA)a

H×nh 2

H×nh 3

C¬ chÕ ho¹t ®éng cña transistor npn Transistor npn Transistor pnp

n np

IBIC

IE

U1 U2

- -+ +

IEn IbICn

ICb

cB

CE

B

CE

a

n n

b B

E

B

CE

p pC

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña mét transistor lo¹i npn ®− îc m« t¶trªn h×nh 3c: phÇn gi÷a lµ b¸n dÉn lo¹i p cã bÒ dµy rÊt nhá (cì vµi micr«mÐt) vµcã ®iÖn trë suÊt lín, gäi lµ miÒn baz¬. §iÖn cùc nèi víi miÒn baz¬ gäi lµ cùc baz¬(B) hay cùc gèc. PhÇn bªn tr¸i lµ b¸n dÉn lo¹i n rÊt giµu t¹p chÊt vµ cã ®iÖn trësuÊt nhá, gäi lµ miÒn ªmit¬. §iÖn cùc nèi víi miÒn ªmit¬ gäi lµ cùc ªmit¬ (E) haycùc ph¸t. PhÇn bªn ph¶i lµ b¸n dÉn lo¹i n cã nång ®é t¹p chÊt trung b×nh, gäi lµ

miÒn colect¬. §iÖn cùc nèi víi miÒn colect¬ gäi lµ cùc colect¬ (C) hay cùc gãp.Nh− vËy bªn trong mçi transistor cã hai líp tiÕp xóc pn n»m gi÷a B - E vµ B - C.

§Ó transistor ho¹t ®éng, líp tiÕp xóc B - E ph¶i ®− îc ph©n cùc thuËn, cßnlíp tiÕp xóc C - B ®− îc ph©n cùc ng− îc (h×nh 3c). Nhê nguån U1, tiÕp xóc B - E®− îc ph©n cùc thuËn, t¹o ra dßng çc electron phun tõ miÒn E sang miÒn B. DomiÒn B rÊt máng vµ cã ®iÖn trë suÊt lín, nªn chØ cã mét sè Ýt çc electron ®Õn®− îc cùc B t¹o ra dßng IB rÊt nhá, cßn ®a sè çc electron sÏ chuyÓn ®Õn tiÕp gi¸pC - B vµ ®− îc ®iÖn tr− êng g©y bëi nguån U2 cuèn sang miÒn C, t¹o thµnh dßng IC kh¸ lín gÇn b»ng dßng IE (*).

Nh− vËy IE = IC + IB (2)Hai ®¹i l− îng quan träng ®Æc tr− ng cho çc transistor lµ ®é khuÕch ®¹i

dßng khi baz¬ chung α cßn gäi lµ hFB vµ ®− îc ®Þnh nghÜa nh− sau:

α ≡ hFB ≡ IC /IE

vµ ®é khuÕch ®¹i dßng khi emit¬ chung β, cßn gäi lµ hFE vµ ®− îc ®Þnh nghÜa bëi:

β ≡ hFE ≡ IC /IB

Tõ (2) dÔ dµng thÊy r»ng:α−

α=β

1

Trong chÕ ®é lµm viÖc th«ng th− êng nh− ®· nãi ë trªn, α lu«n nhá h¬n ®¬n

vÞ mÆc dï ë transistor tèt nã rÊt gÇn ®¬n vÞ. Do ®ã, ë transistor tèt β sÏ rÊt lín.Nh− thÕ cã nghÜa lµ chØ cÇn IB thay ®æi 1 l− îng rÊt nhá còng lµm IC thay

®æi 1 l− îng rÊt lín. Ng− êi ta lîi dông tÝnh chÊt nµy cña transistor ®Ó lµm dông côkhuÕch ®¹i dßng ®iÖn.

Trªn h×nh 4, ®− êng ®Æc tr− ng IC = f(IB) (gäi lµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cñatransistor) øng víi ®o¹n OM ta nãi transistor lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i tuyÕntÝnh. Trªn ®o¹n MN transistor ho¹t ®éng ë chÕ ®é b·o hoµ, khi ®ã ®iÖn trë gi÷ahai cùc C - E cña transistor rÊt nhá vµ transistor ®− îc øng dông nh− mét c«ng t¾c(®ãng ng¾t ®iÖn).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Trong thÝ nghiÖm nµy ta sÏ kh¶o s¸t ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cña transistorb»ng çch vÏ çc ®− êng ®Æc tr− ng IC = f(IB), tõ ®ã x¸c ®Þnh vïng ho¹t ®éng tuyÕn

tÝnh vµ x¸c ®Þnh ®− îc hÖ sè khuÕch ®¹i dßng β cña transistor.

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña diode vµ transistor (h×nh 5) gåm:1. Bé thÝ nghiÖm vËt lý MC – 957.2. Mét ®iode vµ mét transistor npn.

3. Hai ®iÖn trë 820Ω vµ 100 KΩ.4. Bé d©y nèi m¹ch ®iÖn (9 d©y).

H×nh 5: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña diode vµ transistor

IB(bh)

IC(bh)

IC(mA)

IB(mA)

M N

H×nh 4: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t I C = f(I B) cña transistor.

O

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





4.1. VÏ ®Æc tr− ng v«n - ampe cña diode

Quan s¸t bè trÝ trªn mÆt m¸y cña bé thÝ nghiÖm MC - 957 (h×nh 5)Chó ý:

• Mäi thao t¸c l¾p m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y cña bé thÝ nghiÖm MC - 957 ®Òuph¶i ®− îc thùc hiÖn khi ng¾t ®iÖn vµ rót phÝch c¾m nguån cña nã ra khái æ®iÖn 220V.

• Khi cÇn vÆn chuyÓn m¹ch ®Ó chän l¹i çc thang ®o, nhÊt thiÕt ph¶i gi¶m ®iÖn¸p çc nguån cung cÊp U1, U2 vÒ 0

4.1.1. VÏ ®Æc tr− ng V - A cña diode ph©n cùc thuËn

a. M¾c m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y cña bé MC - 957 theo s¬ ®å h×nh 6-a.b. Lùa chän çc th«ng sè cho m¹ch ®iÖn.

• V«nkÕ ®Æt ë thang 1V.• AmpekÕ A2 chän thang ®o 10mA, phï hîp víi ®iÖn trë t¶i R = 820Ω.

• Çc nguån ®iÖn U1 vµ U2 ban ®Çu ®Æt ë vÞ trÝ 0, c«ng t¾c K ë vÞ trÝ ng¾t m¹ch,chuyÓn m¹ch “pnp/npn” ë vÞ trÝ “npn”.

Sau khi thiÕt lËp xong, mêi gi¸o viªn kiÓm tra m¹ch ®iÖn, ®Ó ®− îc phÐpc¾m phÝch ®iÖn nguån cña MC - 957 vµo æ 220V.

c. TiÕn hµnh ®o: BÊm c«ng t¾c K ®− a ®iÖn vµo m¸y: ®Ìn LED ph¸t s¸ng.d. VÆn tõ tõ nóm xoay cña nguån U2 ®Ó hiÖu ®iÖn thÕ U gi÷a hai cùc cña

diode chØ trªn v«nkÕ V t¨ng dÇn tõng 0,1V, tõ 0 ®Õn kho¶ng 0,7V (®Õn khi

dßng thuËn ®¹t 10 mA). §äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña c− êng ®édßng ®iÖn thuËn I1 chØ trªn ampekÕ A2 vµo b¶ng 1.e. VÆn nóm xoay cña nguån ®iÖn U2 vÒ vÞ trÝ 0. BÊm c«ng t¾c K ®Ó ng¾t ®iÖn.

H×nh 6-a: S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®o ®Æc tr− ng v«n- ampe cña diode ph©n cùc thuËn

Q

+V

G Rc P

820Ω

A2

+12V

+

U2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4.1.2. VÏ ®Æc tr− ng V - A cña diode ph©n cùc ng− îc

a. M¾c l¹i m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y MC - 957 theo s¬ ®å h×nh 6-b.b. Lùa chän çc th«ng sè cho m¹ch ®iÖn.

• V«nkÕ ®Æt ë thang ®o 10V.

• AmpekÕ chän thang ®o 100µA, (cã thÓ sö dông ®ång hå ampekÕ A2 hoÆc A1 ®Ó cã thang ®o thÝch hîp). Çc nguån ®iÖn U1 vµ U2 ban ®Çu ®Æt ëvÞ trÝ 0. C«ng t¾c K ®Æt ë vÞ trÝ ng¾t m¹ch, chuyÓn m¹ch “pnp/npn” vÉn ®Óë vÞ trÝ “npn”.

c. Sau khi thiÕt lËp xong. Mêi gi¸o viªn kiÓm tra m¹ch ®iÖnd. TiÕn hµnh ®o: BÊm c«ng t¾c K ®− a ®iÖn vµo m¸y ®Ìn LED ph¸t s¸ng.

VÆn tõ tõ nóm xoay cña nguån U2 ®Ó hiÖu ®iÖn thÕ U chØ trªn v«nkÕ V

t¨ng dÇn tõng 1V, tõ 0 ®Õn kho¶ng 8V (®Õn khi dßng ng− îc ®¹t 100µA).

§äc vµ ghi çc gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña c− êng ®é dßng ®iÖn ng− îc chØ trªnampekÕ A1 vµo b¶ng 1.

e. VÆn nóm xoay cña nguån U2 tr¶ vÒ vÞ trÝ 0. BÊm c«ng t¾c K ®Ó ng¾t ®iÖn.Rót phÝch ®iÖn cña bé MC - 957 ra khái nguån ®iÖn ~220V.

4.2. VÏ ®− êng ®Æc tr− ng IC = f(IB) cña transistor

4.2.1. Nguyªn t¾c chung

§Ó cã thÓ vÏ ®− êng ®Æc tr− ng IC = f(IB) víi cïng mét gi¸ trÞ cña UCE (h×nh7) cÇn tiÕn hµnh theo tr×nh tù sau.

- VÏ hä ®− êng cong IC = f(UCE) biÓu diÔn sù phô thuéc cña dßng colect¬ I I

vµo hiÖu ®iÖn thÕ UCE gi÷a colect¬ vµ emit¬ øng víi çc gi¸ trÞ kh«ng ®æi cñadßng baz¬ IB = 5µA, 10µA, 15µA, 20µA.

+RcN

V

Q

P

820Ω

+12V

+

G

Q

U2

H×nh 6-b: S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®o ®Æc tr− ng v«n - ampe cña diode ph©n cùc ng − îc.

A1

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- X¸c ®Þnh quan hÖ IC = f(IB) øng víi cïng gi¸ trÞ cña hiÖu ®iÖn thÕ UCE =3V b»ng çch kÎ ®− êng th¼ng song song víi trôc tung t¹i vÞ trÝ UCE = 3V, vµ lÊygi¸ trÞ IC lµ çc to¹ ®é çc giao ®iÓm cña nã víi hä ®− êng cong IC = f(UCE), trªntrôc hoµnh ®Æt çc gi¸ trÞ IB t− ¬ng øng.

Tõ ®ã vÏ ®− êng ®Æc tr− ng IC = f(IB) cña transistor cã d¹ng ®− êng th¼ng

OM nh− h×nh 7 vµ suy ra hÖ sè khuÕch ®¹i dßng β cña transistor, cã trÞ sè b»ng

®é dèc tgα cña ®− êng OM.

1B2B

1C2C

II

IItg

−−

=α=β

4.2.2. Tr×nh tù ®o

a. Lùa chän çc th«ng sè cho m¹ch ®iÖn.

• V«nkÕ ®Æt ë thang ®o 10V

• AmpekÕ A1 chän thang 50µA. AmpekÕ A2 chän thang 10 mA.

• §iÖn trë t¶i colect¬ RC = 820Ω, ®iÖn trë m¹ch baz¬ chän Rb = 50 -100kΩ.

H×nh 7: §Æc tuyÕn ra I C = f(U CE) vµ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t I C = f(I B)

IB = 5µA

IB = 10µA

IB = 15µA

IB = 20µA

IC (mA)

M

0 UCE(V)3V

IB (µA)

20 15 10 5α

H×nh 8 : S¬ ®å m¹ch ®iÖn x¸c ®Þnh ®Æc tuyÕn I c = f (I B) cña transistor

A2A1 N

V

H Rb M F

B E

C

E Q

PRc

820Ω npn

+12V +12V

100KΩ

- -

I

+

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b. M¾c m¹ch ®iÖn trªn mÆt m¸y MC - 957 theo s¬ ®å h×nh 8. Çc nguån ®iÖnU1 vµ U2 ban ®Çu ®Æt ë vÞ trÝ 0, c«ng t¾c K ë vÞ trÝ ng¾t m¹ch, chuyÓn m¹ch“pnp/npn” vÉn ®Ó ë vÞ trÝ “npn”.

c. Sau khi thiÕt lËp xong. Mêi gi¸o viªn kiÓm tra m¹ch ®iÖn.d. TiÕn hµnh ®o: BÊm c«ng t¾c K ®− a ®iÖn vµo m¸y: §Ìn LED ph¸t s¸ng.

- VÆn tõ tõ nóm ®iÒu chØnh nguån U1 ®Ó thiÕt lËp dßng baz¬ (chØ trªn

ampekÕ A1) IB = 5 µA.- VÆn tõ tõ nóm ®iÒu chØnh nguån U2 ®Ó v«nkÕ V chØ hiÖu ®iÖn thÕ UCE (gi÷a colect¬ vµ emit¬) t¨ng dÇn tõng 0,2V, tõ 0 ®Õn 1V.- §äc vµ ghi gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ UCE vµ dßng IC t− ¬ng øng (chØ bëiampekÕ A2) vµo b¶ng 2. TiÕp tôc t¨ng UCE mçi lÇn 1V, tõ 1 ®Õn 10 V, ®äcvµ ghi çc gi¸ trÞ IC t− ¬ng øng vµo b¶ng 2.- Chó ý : Khi t¨ng IC dßng IB sÏ gi¶m, vËy cÇn th− êng xuyªn quan s¸tampekÕ A1, ®iÒu chØnh kÞp thêi gi÷ cho IB kh«ng ®æi.

e. VÆn nóm xoay cña nguån U2 vÒ vÞ trÝ 0.

f. TiÕp tôc thùc hiÖn l¹i tõ ®éng t¸c 4.2.2d víi çc gi¸ trÞ kh«ng ®æi cña dßngbaz¬ IB = 10µA, 15µA, 20µA, ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng 2.

g. Cuèi cïng, vÆn nóm ®iÒu chØnh çc nguån U1 vµ U2 vÒ vÞ trÝ 0. BÊm c«ng t¾cK ®Ó ng¾t m¹ch ®iÖn. Rót phÝch lÊy ®iÖn ra khái æ ®iÖn xoay chiÒu 220V.Th¸o çc d©y nèi m¹ch ®iÖn vµ thu xÕp gän gµng çc dông cô thÝ nghiÖm.- §õng quªn ®äc vµ ghi vµo b¶ng 1 vµ 2: Gi¸ trÞ thang ®o vµ cÊp chÝnh x¸c

δA1, δA2, δV cña ampekÕ A1, A2 vµ v«nkÕ V.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña diode vµ transistor

Líp ..................................... X¸c nhËn cña gi¸o viªnKÝp ........... Nhãm ...............

Hä tªn..................................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng 1Kh¶o s¸t ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe I = f(U) cña diode

Utm = ... (V) δV1 = ... (%)

Unm = ... (V) δV2 = ... (%)

Itm = ... (mA) δA1 = .. (%)

Inm = ... (µA); δA2 = ... (%)

Ui (V) … ChiÒuthuËn Ii (mA) …

Ui (V) … ChiÒung− îc Ii (µA) …

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B¶ng 2Kh¶o s¸t ®− êng ®Æc tr− ng Ic = f(IB) cña transistor

UCEm = ... (V) δV1 = ... (%)

ICm = … (mA) δA1 = ... (%)

IBm = ... (µA); δA2 = ... (%)

UCEi (V) … IB =

5µA ICi (mA) … UCEi (V) … IB =



20µA ICi (mA)…

1. VÏ ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe cña diode I = f(U) (theo sè liÖu b¶ng 1)2. VÏ d¹ng tÝn hiÖu qua diode ®· kh¶o s¸t cña mét ®iÖn ¸p h×nh sin cã biªn ®é U 0 = 10V d− íi ®©y.

3. VÏ ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe cña transistor IC = f(UCE) khi IB = const (theosè liÖu b¶ng 2), tõ ®ã vÏ ®å thÞ ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t IC = f(IB) khi UCE = 3V ëphÇn tr¸i ®å thÞ.

Chó ý: VÏ ®å thÞ trªn giÊy kÎ « milimÐt theo tØ lÖ thÝch hîp

4. TÝnh hÖ sè khuÕch ®¹i dßng cña transistor tõ ®å thÞ IC = f(IB)

α=−−

=β tgII

II

1B2B

1C2C

10V

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





1. Ph©n biÖt tÝnh dÉn ®iÖn cña b¸n dÉn tinh khiÕt, b¸n dÉn lo¹i n vµ lo¹i p.2. Gi¶i thÝch sù xuÊt hiÖn hiÖu thÕ tiÕp xóc Utx khi ghÐp hai b¸n dÉn p, n víi

nhau? Gi¶i thÝch ®Æc tÝnh chØnh l− u cña tiÕp xóc pn.3. C− êng ®é dßng ®iÖn I ch¹y qua diode phô thuéc vµo hiÖu ®iÖn thÕ U gi÷a hai

®iÖn cùc cña nã theo qui luËt nµo, cã thÓ ¸p dông ®Þnh luËt ¤m cho diode®− îc kh«ng? VÏ ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe cña diode vµ s¬ ®å m¹ch ®iÖn ®Óx¸c ®Þnh ®− êng ®Æc tr− ng v«n - ampe nµy.

4. M« t¶ cÊu t¹o vµ ký hiÖu cña transistor lo¹i npn vµ lo¹i pnp. Gi¶i thÝch c¬ chÕho¹t ®éng vµ ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i dßng ®iÖn cña transistor.

5. Theo anh chÞ th× dßng ICB cã ¶nh h− ëng tèt, xÊu thÕ nµo ®Õn ho¹t ®éng cñatransistor? Vïng ho¹t ®éng cña transistor trong ph¹m vi thÝ nghiÖm anh chÞ ®·lµm lµ tuyÕn tÝnh hay phi tuyÕn. V× sao?

6. Anh chÞ cã nhËn xÐt g× vÒ çch bè trÝ çc ®ång hå ®o thÕ vµ dßng trong çc s¬

®å m¹ch ®iÖn h×nh 6a vµ 6b? V× sao ph¶i bè trÝ kh¸c nhau nh− vËy?7. NÕu transistor cÇn kh¶o s¸t lµ lo¹i pnp th× s¬ ®å m¹ch ®iÖn nh− trªn h×nh 8 cÇn

ph¶i bè trÝ thay ®æi nh− thÕ nµo?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






víi C lµ h»ng sè cÆp nhiÖt. §èi víi cÆp nhiÖt kim lo¹i, gi¸ trÞ cña E nhá nªn C

th− êng ®o b»ng micr«v«n trªn ®é Kelvin (µV/K) hoÆc ®é Celcius (µV/ 0C). CÆpnhiÖt ®iÖn cã thÓ dïng lµm nhiÖt kÕ ®Ó ®o nhiÖt ®é hoÆc dïng lµm nguån ®iÖn(biÕn ®æi nhiÖt thµnh n¨ng l− îng ®iÖn) cã c«ng suÊt nhá.

Muèn dïng cÆp nhiÖt ®o nhiÖt ®é, ta ph¶i lÊy mÉu cÆp nhiÖt tøc lµ ph¶ikh¶o s¸t kho¶ng nhiÖt ®é (tuú thuéc lo¹i cÆp nhiÖt) trong ®ã suÊt ®iÖn ®éng E phôthuéc tuyÕn tÝnh vµo hiÖu sè nhiÖt ®é (T 1 - T 2) gi÷a hai mèi hµn cña nã. Khi ®ã,®å thÞ biÓu diÔn hµm sè E = C(T 1 - T 2) sÏ lµ mét ®o¹n th¼ng (h×nh 2) vµ h»ng sècÆp nhiÖt C ®− îc tÝnh theo hÖ thøc:

C = α=−

tgTT

E

21

(2)

V× ®iÖn trë RV cña miliv«nkÕ mV rÊt lín so víi ®iÖn trë trong r cña cÆp nhiÖt, nªntheo ®Þnh luËt ¤m ®èi víi m¹ch kÝn , ta cã :

E = I(RV+ r) ≈ IRV = UV (3)víi I lµ c− êng ®é dßng nhiÖt ®iÖn, UV lµ sè chØ trªn miliv«nkÕ mV. Nh− vËy víi

mçi gi¸ trÞ cña hiÖu nhiÖt ®é (T 1 - T 2) gi÷a hai ®Çu nãng T 1 vµ ®Çu l¹nh T 2 cña cÆpnhiÖt, ta ®o ®− îc mét gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng E trªn miliv«nkÕmV. Do ®ã ta cã thÓ vÏ ®å thÞ mÉu cÆp nhiÖt vµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña h»ng sè cÆpnhiÖt C.

Trong thùc tÕ ng− êi ta cã thÓ sö dông cÆp nhiÖt kü thuËt cã mét ®Çu lµ haithanh kim lo¹i A, B hµn tiÕp xóc víi nhau cßn ®Çu kia nèi víi nhau qua miliv«nkÕ®o suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng (h×nh 3).

Cã thÓ thùc hiÖn lÊy mÉu cÆp nhiÖt theo s¬ ®å thÝ nghiÖm trªn h×nh 4.Hai nh¸nh cÆp nhiÖt 1 vµ 2 ®− îc gi÷ trªn hai gi¸ ®ì. §Çu d− íi cña nh¸nh 1

nhóng trong b×nh ®un n− íc 5. §Çu d− íi cña nh¸nh 2 nhóng trong cèc thuû tinh 6®ùng n− íc ë nhiÖt ®é phßng. §èi víi cÆp nhiÖt kü thuËt, nh¸nh 2 cña nã coi nh−

E

T 1-T 20

H×nh 2

V

BA

H×nh 3

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




n»m trong kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é phßng. NhiÖt ®é T 1 cña n− íc ®unnãng trong b×nh ®un n− íc 5 vµ nhiÖt ®é T 2 cña n− íc trong cèc thuû tinh 6 ®ob»ng çc nhiÖt kÕ 3 vµ 4. Hai nh¸nh 1 vµ 2 cña cÆp nhiÖt ®− îc nèi víi ®ång hå ®a

n¨ng hiÖn sè hoÆc miliv«nkÕ ®iÖn tö. B×nh ®un n− íc 5 ®− îc nèi víi nguån ®iÖn ∼ 220V bè trÝ ngay trªn mÆt bµn thÝ nghiÖm. Ngoµi ph− ¬ng ph¸p nµy, ng− êi ta cãthÓ sö dông mét sè chÊt ë çc tr¹ng th¸i ®· biÕt chÝnh x¸c nhiÖt ®é cña nã nh − n− íc s«i ë 1000C, n− íc ®¸ ®ang tan ë 00C, thiÕc nãng ch¶y... ®Ó x©y dùng ®å thÞmÉu cÆp nhiÖt.

mV

3. Dông cô

Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t cÆp nhiÖt ®iÖn, x¸c ®Þnh h»ng sè cÆp nhiÖt (h×nh 5)gåm:1. CÆp nhiÖt (cromen - alumen); 2. Gi¸ ®ì cÆp nhiÖt; 3. §ång hå ®a n¨ng hiÖn sèDT 9202 hoÆc miliv«nkÕ ®iÖn tö; 4. Cèc thuû tinh 250ml; 5. Hai nhiÖt kÕ; 6. B×nh®un n− íc 220V- 300W; 7. Bé d©y nèi m¹ch.

MilivolmeterMC - 9691

mV0 150

KR “0”1

10

102

+ -

24

6

13

5

H×nh 4: S¬ ®å thiÕt bÞ kh¶o s¸t cÆp nhiÖt ®iÖn

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4. Tr×nh tù thÝ nghiÖm1. M¾c m¹ch ®iÖn nh− s¬ ®å h×nh 4.2. §Æt bÇu cña çc nhiÖt kÕ 3 vµ 4 n»m ngang tÇm víi ®Çu d− íi cña çc nh¸nh cÆp

nhiÖt 1 vµ 2 trong kho¶ng gi÷a cña b×nh ®un n− íc 5 vµ cèc thuû tinh 6. Chê 4÷5phót, ®äc vµ ghi gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é T 1 trªn nhiÖt kÕ 3 vµ cña nhiÖt ®é T 2 trªnnhiÖt kÕ 4 vµo b¶ng 1. NÕu T 1 = T 2, ®ång hå chØ sè 0.

3. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña b×nh ®un n− íc 5 vµo æ ®iÖn ∼220V. Chê tíi khi n− íc

b¾t ®Çu s«i, rót phÝch lÊy ®iÖn cña b×nh ®un n− íc 5 ra khái æ ®iÖn ∼220V ®Ó n− ícs«i trong b×nh ®un n− íc 5 nguéi dÇn (tr¸nh lµm n− íc nguéi nhanh), møc n− íc

trong b×nh ®un ph¶i ®¹t Ýt nhÊt 4cm.Cø mçi lÇn gi¸ trÞ cña suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng E chØ trªn miliv«nkÕ gi¶m ®óng0,5 mV, ta l¹i ®äc vµ ghi gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña nhiÖt ®é T 1 ë ®Çu nãng cña cÆpnhiÖt vµo b¶ng 1 cho tíi khi T 1 gi¶m tíi gÇn nhiÖt ®é trong phßng.4. §äc vµ ghi çc sè liÖu sau ®©y vµo b¶ng sè liÖu:

- §é chÝnh x¸c cña ®ång hå DT 9202.

- §é chÝnh x¸c ∆T cña çc nhiÖt kÕ 3 vµ 4.

H×nh 5: Bé thÝ nghiÖm kh¶o s¸t cÆp nhiÖt ®iÖn, x¸c ®Þnh h»ng sè cÆp nhiÖt

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





kh¶o s¸t cÆp nhiÖt ®iÖnx¸c ®Þnh h»ng sè cÆp nhiÖt


KÝp ...............Nhãm.........Hä tªn..............................


..................................................................................................................................

..................................................................................................................................


B¶ng sè liÖu

- Sai sè cña ®ång hå ®a n¨ng hiÖn sè ∆E = ... (mV)

- Sai sè cña çc nhiÖt kÕ: ∆T 1 = ... (0C)

∆T 2 = ... (0C)- PhÐp ®o øng víi: T 2 = ... (0C)

LÇn ®o T 1i (0C) T i = T 1i - T 2 (0C) Ei (mV)

i = 1...

5.1. TÝnh çc sai sè tuyÖt ®èi

∆E = ... (mV)

∆(T 1 - T 2) = ∆T 1 + ∆T 2 = ... = ... (0C)

5.2. VÏ ®å thÞ E = C(T1 - T2)

Chän tû lÖ: trôc hoµnh: Kx = 50C/cm; trôc tung: Ky = 0,5mV/cm

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó ý :

- Mçi ®iÓm trªn ®å thÞ øng víi mét cÆp gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña E vµ T = T 1 -T 2 trong b¶ng sè liÖu vµ ®− îc biÓu diÔn b»ng mét h×nh ch÷ nhËt sai sè (hoÆc ch÷

thËp), cã çc c¹nh lµ 2∆T vµ 2∆E.- §å thÞ ph¶i lµ ®− êng liªn tôc, s¾c nÐt sao cho t©m cña çc h×nh ch÷ nhËt

sai sè (hoÆc ch÷ thËp) n»m trªn ®å thÞ hoÆc ph©n bè ®Òu c¶ hai phÝa cña nã.

5.3. X¸c ®Þnh h»ng sè cÆp nhiÖt

Trong kho¶ng nhiÖt ®é ta xÐt, gi¶ sö ®å thÞ biÓu diÔn hµm sè E = CT lµ®o¹n th¼ng OA. Khi ®ã, gi¸ trÞ trung b×nh vµ sai sè tuyÖt ®èi cña h»ng sè cÆpnhiÖt C ®− îc tÝnh nh− sau:

a) TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh C

Gäi α lµ gãc nghiªng cña ®o¹n th¼ng OA so víi trôc hoµnh, ta cã:

( ))C/mV...(...

TT

E

OH

AHtgC 0

A21

A ==−

==α=

b. TÝnh sai sè ∆C:

¸p dông phÐp tÝnh vi ph©n:

( )α

α=α=

2cos

dtgddC (4)

hayα

α∆=∆

2CosC

ë ®©y ta cã thÓ coi ∆α lµ gãc giíih¹n gi÷a hai ®− êng th¼ng xuÊt ph¸t tõgèc to¹ ®é O kÐo dµi ®i qua hai ®Çu mót

cña ®o¹n th¼ng sai sè 2∆E vµ ®− îc tÝnhgÇn ®óng b»ng:

OA

ECos2 α∆≈α∆

vËy

( )A21 TT

E2

OH

E2

Cos.OA

E2C

−∆

=∆

=α

∆=∆

c. ViÕt kÕt qu¶ cña phÐp ®o h»ng sè cÆp nhiÖt ®iÖn.)C/mV...(...CCC 0±=∆±=

O

E2∆

E

A

H

21 TT −

dα

H×nh 6

α

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM





1. Tr×nh bµy cÊu t¹o cña cÆp nhiÖt vµ nguyªn nh©n g©y nªn suÊt nhiÖt ®éng trªnnã.2. §é lín cña suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng phô thuéc nh÷ng yÕu tè nµo? Nªu râ hÖ thøcgi÷a suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng E vµ hiÖu nhiÖt ®é (T 1 - T 2) gi÷a hai mèi hµn cña cÆpnhiÖt.

3.T¹i sao ph¶i lÊy mÉu cÆp nhiÖt tr− íc khi dïng nã ®Ó ®o nhiÖt ®é?4.T¹i sao kh«ng chän qu¸ tr×nh nãng dÇn cña mèi hµn nãng, mµ l¹i chän qu¸tr×nh nguéi dÇn cña mèi hµn nãng ®Ó lÊy mÉu cÆp nhiÖt?5. Tr×nh bµy çch x¸c ®Þnh h»ng sè cÆp nhiÖt C b»ng ph− ¬ng ph¸p vÏ ®å thÞ biÓudiÔn sù phô thuéc cña suÊt nhiÖt ®iÖn ®éng vµo hiÖu nhiÖt ®é gi÷a hai mèi hµncña cÆp nhiÖt E = C(T 1 - T 2).6. Nãi râ nh÷ng − u ®iÓm cña viÖc dïng cÆp nhiÖt ®Ó ®o nhiÖt ®é so víi nhiÖt kÕchÊt láng (r− îu hoÆc thuû ng©n).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 1: PhÐp ®o çc ®¹i l− îng vËt lý vµ sai sè

1. PhÐp ®o çc ®¹i l− îng vËt lý

Mçi tÝnh chÊt vËt lý cña çc ®èi t− îng vËt chÊt ®− îc ®Æc tr− ng bëi mét ®¹il− îng vËt lý (®é dµi, khèi l− îng, thêi gian, nhiÖt ®é, vËn tèc, gia tèc...). §Ó x¸c

®Þnh ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l−

îng çc tÝnh chÊt vËt lý, ng−

êi ta ph¶i tiÕn hµnh phÐp ®oçc ®¹i l− îng vËt lý. PhÐp ®o mét ®¹i l− îng vËt lý lµ phÐp so s¸nh nã víi mét ®¹il− îng cïng lo¹i ®− îc qui − íc chän lµm ®¬n vÞ ®o.

KÕt qu¶ cña phÐp ®o mét ®¹i l− îng vËt lý ®− îc biÓu diÔn bëi mét gi¸ trÞb»ng sè kÌm theo ®¬n vÞ ®o t− ¬ng øng. VÝ dô: ®é dµi cña c¹nh bµn L = 1,002m;khèi l− îng cña mét vËt m = 151,6g. Muèn thùc hiÖn çc phÐp ®o, ng− êi ta ph¶ix©y dùng lý thuyÕt cña çc ph− ¬ng ph¸p ®o vµ sö dông çc dông cô ®o (th− ícmilimÐt, c©n, ®ång hå bÊm gi©y, ampekÕ, v«nkÕ...).

HiÖn nay chóng ta dïng çc ®¬n vÞ ®o ®− îc qui ®Þnh trong b¶ng ®¬n vÞ ®ol− êng hîp ph¸p cña n− íc ViÖt nam dùa trªn c¬ së cña hÖ ®¬n vÞ quèc tÕ SI bao gåm:

- Çc ®¬n vÞ c¬ b¶n: ®é dµi: mÐt (m); khèi l− îng: kil«gam (kg); thêi gian:gi©y (s); nhiÖt ®é: Kenvin (K); c− êng ®é dßng ®iÖn: ampe (A); c− êng ®é ¸nhs¸ng: candela(cd); gãc khèi: steradian (Sr); l− îng chÊt: kilomol (Kmol)

- Çc ®¬n vÞ dÉn xuÊt nh− : ®¬n vÞ vËn tèc: mÐt trªn gi©y (m/s); ®¬n vÞc− êng ®é ®iÖn tr− êng: v«n trªn mÐt (V/m)...

2. Sai sè cña phÐp ®o çc ®¹i l− îng vËt lý

Do çc nguyªn nh©n nh− ®é nh¹y vµ ®é chÝnh x¸c cña çc dông cô ®o bÞgiíi h¹n, kh¶ n¨ng cã h¹n cña gi¸c quan ng− êi ®o, ®iÒu kiÖn çc lÇn ®o kh«ng

thËt æn ®Þnh, lý thuyÕt cña ph− ¬ng ph¸p ®o chØ gÇn ®óng... nªn ta kh«ng thÓ ®ochÝnh x¸c tuyÖt ®èi gi¸ trÞ thùc cña çc ®¹i l− îng vËt lý cÇn ®o, tøc lµ trong kÕtqu¶ cña phÐp ®o bao giê còng cã sai sè. Nh− vËy khi ®o mét ®¹i l− îng vËt lýngoµi ph¶i x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña ®¹i l− îng cÇn ®o, cßn ph¶i x¸c ®Þnh sai sè cñaphÐp ®o. Cã nhiÒu lo¹i sai sè g©y ra bëi çc nguyªn nh©n kh¸c nhau, trong ®ã tacÇn chó ý ®Õn ba lo¹i sai sè sau:

- Sai sè ngÉu nhiªn: Sai sè ngÉu nhiªn lµ lo¹i sai sè khiÕn cho kÕt qu¶ ®okhi th× lín h¬n, khi th× nhá h¬n gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l− îng cÇn ®o. Nguyªn nh©ng©y ra sai sè ngÉu nhiªn vÝ dô nh− gi¸c quan cña ng− êi lµm thÝ nghiÖm thiÕu nh¹yc¶m, ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm thay ®æi ngÉu nhiªn ngoµi kh¶ n¨ng khèng chÕ cñang− êi ®o... Sai sè ngÉu nhiªn kh«ng thÓ lo¹i trõ hoµn toµn ®− îc, nh− ng ta cã thÓgi¶m thiÓu gi¸ trÞ cña nã b»ng çch thùc hiÖn phÐp ®o cÈn thËn nhiÒu lÇn trong

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




cïng mét ®iÒu kiÖn, sau ®ã x¸c ®Þnh gi¸ trÞ trung b×nh cña nã dùa trªn c¬ së cñaphÐp tÝnh x¸c suÊt thèng kª.

- Sai sè dông cô: Sai sè dông cô lµ sai sè do b¶n th©n dông cô, thiÕt bÞ g©y ra.- Sai sè hÖ thèng: lµ sai sè lÆp l¹i mét çch hÖ thèng, kÕt qu¶ chØ lÖch vÒ

mét phÝa (lín h¬n hoÆc nhá h¬n) so víi gi¸ trÞ thùc cÇn ®o. Nguyªn nh©n g©y rasai sè hÖ thèng lµ do dông cô ch− a chØnh ®óng, do lý thuyÕt ®o ch− a hoµn thiÖn.

Sai sè nµy cã thÓ lo¹i trõ ®− îc, vÒ nguyªn t¾c ng− êi lµm thÝ nghiÖm ph¶i chó ý ®Ótù kh¾c phôc.

Nh− vËy khi ®o çc ®¹i l− îng vËt lý ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh hai lo¹i sai sè lµsai sè ngÉu nhiªn vµ sai sè dông cô.

3. Çch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o çc ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp

PhÐp ®o çc ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp lµ phÐp ®o mµ kÕt qu¶ cña nã ®− îc ®äctrùc tiÕp ngay trªn thang ®o cña dông cô ®o. VÝ dô: nhiÖt ®é ®äc trªn nhiÖt kÕ,thêi gian ®äc trªn ®ång hå bÊm gi©y, ®é dµi cña mét vËt ®äc trªn th− íc milimÐt...

Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o (∆A) cña ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp ®− îc x¸c ®Þnhb»ng tæng sè häc cña sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh cña çc lÇn ®o A∆ vµ sai sè

dông cô (∆A)dc:

dcAAA ∆+∆=∆

Çch x¸c ®Þnh sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh cña çc lÇn ®o ( A∆ ).

Gäi gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l− îng vËt lý F cÇn ®o lµ A. NÕu ®o trùc tiÕp ®¹il− îng nµy n lÇn trong cïng mét ®iÒu kiÖn ta ®− îc çc gi¸ trÞ A1, A2...An nãi chunglµ kh¸c víi gi¸ trÞ A. Theo lý thuyÕt cña phÐp tÝnh x¸c suÊt thèng kª, çc gi¸ trÞA1, A2 ...An, ®− îc ph©n bè ®Òu ®Æn vÒ c¶ hai phÝa l©n cËn gi¸ trÞ chÝnh x¸c A. Khi®ã gi¸ trÞ trung b×nh cña n lÇn ®o lµ:

∑=

=+++

=n

1i

in21 A

n

1

n

A.....AAA (1)

Gi¸ trÞ nµy gÇn ®óng víi gi¸ trÞ A vµ ®− îc gäi lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña ®¹il− îng cÇn ®o F. Sai sè tuyÖt ®èi mçi lÇn ®o lµ:

AAA 11 −=∆

AAA 22 −=∆ (2)

.....................AAA nn −=∆

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Gi¸ trÞ trung b×nh sè häc cña çc sai sè tuyÖt ®èi ®− îc gäi lµ sai sè tuyÖt®èi trung b×nh cña ®¹i l− îng F trong çc lÇn ®o:

∑=

∆=∆++∆+∆

=∆n

1i

in21 A

n

1

n

A.....AAA (3)

Chó ý : Çc gi¸ trÞ A vµ A∆ qui trßn theo ®é chÝnh x¸c cña dông cô.

Çch x¸c ®Þnh sai sè dông cô ( A)dc Sai sè dông cô lµ tæng cña sai sè do çch ®äc kÕt qu¶ trªn thang ®o, th− êng

lÊy b»ng mét ®¬n vÞ nhá nhÊt mµ dông cô ®o ®− îc (®é chÝnh x¸c) vµ sai sè cñadông cô ®o do nhµ s¶n xuÊt c«ng bè.

NÕu cã mét sai sè trong tæng rÊt nhá ( ≤ 5 lÇn) so víi sai sè kia th× cã thÓbá qua sai sè ®ã.

NÕu kh«ng biÕt sai sè dông cô do nhµ s¶n xuÊt cung cÊp th× sai sè dông cô®ã lÊy b»ng ®é chÝnh x¸c cña nã.

§èi víi dông cô ®o ®iÖn (ampekÕ, v«nkÕ...) sai sè x¸c ®Þnh qua cÊp chÝnh

x¸c δ (tÝnh b»ng %) ghi trªn dông cô ®o. Sai sè dông cô cña ®¹i l− îng A khi ®ã

b»ng tÝch cña cÊp chÝnh x¸c δ víi gi¸ trÞ lín nhÊt cña thang ®o Am, tøc lµ:

(∆A)dc = δAm (4)

VÝ dô: Mét ampekÕ cã cÊp chÝnh x¸c δ = 1,5% thang ®o sö dông cã gi¸ trÞcùc ®¹i Im = 100mA, th× sai sè cña bÊt kú gi¸ trÞ nµo ®o ®− îc trªn thang nµy còngcã gi¸ trÞ b»ng:

∆I = 1,5%.100mA = 1,5mA.NÕu thang ®o cã 100 v¹ch chia th× ®é chia nhá nhÊt trªn thang ®o lµ 1mA.

Lóc nµy sai sè cña dông cô sÏ lµ :

∆I = 1 mA + 1,5 mA = 2,5 mA Sai sè cña çc thiÕt bÞ hiÖn sè ®− îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cña sai sè tÝnh

®− îc theo cÊp chÝnh x¸c vµ mét ®¬n vÞ nhá nhÊt mµ dông cô ®o ®− îc. VÝ dô:

®ång hå v«nkÕ hiÖn sè cã cÊp chÝnh x¸c δ = 1, ta dïng thang ®o cã gi¸ trÞ cùc ®¹iUm = 10V, gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ ®o hiÖn trªn mµn h×nh lµ 5,7V; nh− vËy mét ®¬nvÞ nhá nhÊt mµ dông cô ®o ®− îc lµ 0,1V. Sai sè cña dông cô ®o b»ng:

(∆U)dc = 1%.10V + 0,1V = 0,2VTrong nhiÒu thiÕt bÞ hiÖn sè kh«ng ghi cÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ, v× vËy

sai sè cña dông cô lÊy b»ng mét ®¬n vÞ nhá nhÊt mµ dông cô ®o ®− îc.

Ngoµi sai sè tuyÖt ®èi (∆A), ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ phÐp ®o ®¹i l− îng Fcßn ®− îc ®¸nh gi¸ b»ng sai sè t− ¬ng ®èi cña ®¹i l− îng cÇn ®o F. §ã lµ tû sè gi÷a

sai sè tuyÖt ®èi ∆A víi gi¸ trÞ trung b×nh A :

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




A

A∆=ε (5)

Sai sè t− ¬ng ®èi trung b×nh ε biÓu diÔn theo tû lÖ phÇn tr¨m (%).Chó ý: Trong tr− êng hîp chØ ®o ®− îc mét lÇn hoÆc ®iÒu kiÖn ®o kh«ng gi÷

®− îc æn ®Þnh trong çc lÇn ®o th× sai sè tuyÖt ®èi lÊy b»ng sai sè dông cô.Çch lµm trßn sai sè .Ch÷ sè cã nghÜa: TÊt c¶ çc ch÷ sè tÝnh tõ tr¸i qua ph¶i, kÓ tõ ch÷ sè kh¸c

kh«ng ®Çu tiªn ®Òu lµ çc ch÷ sè cã nghÜa. VÝ dô: 0,23 cã hai ch÷ sè cã nghÜa;0,1020 cã 4 ch÷ sè cã nghÜa.

Çc sai sè tuyÖt ®èi vµ t− ¬ng ®èi ®− îc qui trßn sao cho chóng chØ viÕt tèi®a víi hai ch÷ sè cã nghÜa.

§Ó lµm trßn sai sè ta cÇn nhí çc qui t¾c sau:a) - Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o kh«ng bao giê chÝnh x¸c h¬n sai sè cñadông cô.b) - NÕu ch÷ sè cã nghÜa ®Çu tiªn cña sai sè tuyÖt ®èi > 2 th× lµm trßn ®Õn

chÝnh nã. - NÕu ch÷ sè cã nghÜa ®Çu tiªn cña sai sè tuyÖt ®èi ≤ 2, th× lµm trßn ®Õn

ch÷ sè cã nghÜa thø hai.- Sai sè t− ¬ng ®èi lµm trßn ®Õn ch÷ sè cã nghÜa thø hai.Chó ý: ViÖc lµm trßn sè theo quy t¾c chung: nÕu ch÷ sè ®Çu tiªn ë phÇn

bá ®i < 5 th× ch÷ sè ®øng bªn tr¸i nã ®− îc gi÷ nguyªn, nÕu ≥ 5 th× ch÷ sè ®øngbªn tr¸i nã ®− îc t¨ng lªn mét ®¬n vÞ.

Çch viÕt kÕt qu¶ ®o

Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o ∆A cho biÕt giíi h¹n cña kho¶ng gi¸ trÞ trong®ã bao gåm c¶ gi¸ trÞ chÝnh x¸c A cña ®¹i l− îng cÇn ®o F, tøc lµ:

AAAAA ∆+≤≤∆− (6)

Nh− vËy gi¸ trÞ chÝnh x¸c A cña ®¹i l− îng F cÇn ®o ph¶i viÕt lµ:

AAA ∆±= (7)

A - lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña ®¹i l− îng cÇn ®o tÝnh theo c«ng thøc (1) vµph¶i quy trßn ®Õn ch÷ sè cã nghÜa cïng bËc víi sai sè tuyÖt ®èi cña nã.

∆A - sai sè tuyÖt ®èi ®· ®− îc lµm trßn. KÕt qu¶ cña phÐp ®o cã thÓ viÕtd− íi d¹ng:

(%)AA ε±= (8)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




A

A∆=ε ®− îc lµm trßn theo quy t¾c (b) víi A,A∆ lÊy tõ kÕt qu¶ ®o (7).

VÝ dô: Dïng th− íc kÑp cã ®é chÝnh x¸c 0,1mm ®Ó ®o 5 lÇn ®− êng kÝnh Dcña mét èng trô, ®− îc çc gi¸ trÞ d− íi ®©y:

LÇn ®o Di (mm)

1 15,62 15,53 15,74 15,65 15,5

Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®− êng kÝnh D tÝnh theo c«ng thøc (1):

mmmm D 6,1558,155

5,156,157,155,156,15==

++++=

Sai sè tuyÖt ®èi cña tõng lÇn ®o ∆D tÝnh theo c«ng thøc (2) lµ:

LÇn ®o Di(mm) ∆Di (mm)1 15,6 0,02 15,5 0,13 15,7 0,14 15,6 0,05 15,5 0,1

Sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh D∆ cña ®− êng kÝnh D tÝnh theo c«ng thøc (3)

lµ:mmmm D 1,006,0

5

1,00,01,01,00,0==

++++=∆

Sai sè dông cô trong tr− êng hîp nµy b»ng 0,1mm (kh«ng biÕt sai sè dôngcô do nhµ s¶n xuÊt c«ng bè) , nªn sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o lµ :

∆D = 0,1mm + 0,1mm = 0,2 mm

KÕt qu¶ lµ: D = (15,6 ± 0,2) mm.Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o tÝnh theo c«ng thøc (5):

01282,0

6,15

2,0==ε

Lµm trßn theo quy t¾c (b) ta ®− îc ε = 0,013 = 1,3%.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




4. Çch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o çc ®¹i l− îng ®o gi¸n tiÕp

PhÐp ®o gi¸n tiÕp lµ phÐp ®o mµ kÕt qu¶ cña nã ®− îc x¸c ®Þnh gi¸n tiÕpth«ng qua c«ng thøc biÓu diÔn quan hÖ hµm sè gi÷a ®¹i l− îng cÇn ®o víi çc ®¹il− îng ®o trùc tiÕp kh¸c.

Gi¶ sö ®¹i l− îng cÇn ®o A liªn hÖ víi çc ®¹i l− îng ®o trùc tiÕp X, Y, Ztheo hµm sè:

A = f(X, Y, Z) (9)

Trong ®ã:⎪⎭

⎪⎬

⎫

∆±=

∆±=

∆±=

ZZZ

YYY

XXX

KÕt qu¶ cña çc phÐp ®o trùc tiÕp.

TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña ®¹i l− îng )A( theo biÓu thøc:

)Z,Y,X(f A= (10)

Sai sè cña ®¹i l− îng A x¸c ®Þnh theo mét trong hai ph− ¬ng ph¸p sau:a) Tr− êng hîp hµm f(X, Y, X) lµ mét tæng hoÆc mét hiÖu cña çc ®¹i l− îng ®o

trùc tiÕp. Khi ®ã ta tÝnh sai sè tuyÖt ®èi tr− íc, sau ®Õn gi¸ trÞ trung b×nh A vµ suyra sai sè t− ¬ng ®èi. Sai sè tuyÖt ®èi tÝnh theo çc b− íc sau:

- TÝnh vi ph©n toµn phÇn hµm f(X, Y, Z).

dZZ

AdY

Y

AdX

X

AdA

∂∂

+∂∂

+∂∂

= (11)

- Thay çc dÊu vi ph©n "d" b»ng dÊu sai sè "∆".

ZZ

AY

Y

AX

X

AA ∆

∂∂

+∆∂∂

+∆∂∂

=∆

- LÊy tæng gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña çc vi ph©n riªng phÇn:

ZZAY

YAX

XAA ∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂=∆ (12)

b) Tr− êng hîp hµm f(X, Y, Z) lµ mét tÝch, th− ¬ng, lòy thõa cña çc ®¹i l− îng ®otrùc tiÕp X, Y, Z. Khi ®ã ta tÝnh sai sè t− ¬ng ®èi tr− íc, theo çc b− íc sau:

- LÊy loga c¬ sè e hµm sè (9): lnA = lnf(X, Y, Z).- TÝnh vi ph©n toµn phÇn cña lnA:

A

dA)A(lnd = (13)

- Rót gän biÓu thøc cña vi ph©n toµn phÇnA

dA b»ng çch gép nh÷ng vi

ph©n riªng phÇn chøa cïng vi ph©n cña biÕn sè dX, dY, dZ.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- LÊy tæng gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña çc vi ph©n riªng phÇn. Thay dÊu vi ph©n

"d" b»ng dÊu sai sè "∆", ®ång thêi thay X, Y, Z b»ng çc gi¸ trÞ trung b×nh cña

chóng tõ (9), çc sai sè ∆X, ∆Y, ∆Z b»ng çc gi¸ trÞ sai sè tuyÖt ®èi ®· ®− îc lµmtrßn tõ (9).

Sau khi x¸c ®Þnh ®− îc sai sè t− ¬ng ®èi ε ta tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh A theo

(10) vµ suy ra sai sè tuyÖt ®èi:AA ε=∆

Sai sè cña phÐp ®o çc ®¹i l− îng ®o gi¸n tiÕp còng lµm trßn theo quy t¾c(b), (xem phÇn lµm trßn sai sè cña phÐp ®o trùc tiÕp) ®Ó gi÷ l¹i tèi ®a hai ch÷ sècã nghÜa. Trong tr− êng hîp gi¸ trÞ cña sai sè lín ®Õn hµng tr¨m, ngh×n, sau khilµm trßn theo qui t¾c (b) ta ph¶i gi÷ l¹i sè ch÷ sè cã nghÜa ®Õn hµng tr¨m, ngh×nt− ¬ng øng.

VÝ dô: Sau khi tÝnh to¸n ta cã: 384A;1490A =∆=

Lµm trßn sai sè theo quy t¾c (b) vµ gi÷ l¹i 3 ch÷ sè cã nghÜa ta ®− îc

400A =∆ . KÕt qu¶ phÐp ®o: 4001500A ±= Trong mét tæng cã nhiÒu sai sè t− ¬ng ®èi, nÕu sè h¹ng nµo nhá h¬n 1/10

sè h¹ng lín nhÊt th× bá qua sè h¹ng ®ã víi ®iÒu kiÖn tæng cña tÊt c¶ çc sè h¹ngbá ®i vÉn nhá h¬n nhiÒu so víi sè h¹ng lín cßn l¹i.

NÕu trong c«ng thøc tÝnh ®¹i l− îng cÇn ®o A cã chøa nh÷ng sè cho tr− íc(kh«ng ghi sai sè kÌm theo) hoÆc chøa nh÷ng h»ng sè th× sai sè cña chóng ®− îcx¸c ®Þnh theo quy t¾c sau:

- Sai sè tuyÖt ®èi cña ®¹i l− îng cho tr− íc lÊy b»ng mét ®¬n vÞ cña ch÷ sècuèi cïng cña nã.

VÝ dô: Cho L = 15,0mm th× lÊy ∆L = 0,1mm.

- §èi víi nh÷ng h»ng sè (nh− π, g, e...) th× lÊy gi¸ trÞ cña h»ng sè ®Õn ch÷sè mµ sai sè t− ¬ng ®èi cña h»ng sè ®ã nhá h¬n 1/10 gi¸ trÞ sai sè t− ¬ng ®èi línnhÊt cã trong c«ng thøc. Khi Êy bá qua sai sè t− ¬ng ®èi cña h»ng sè.

KÕt qu¶ phÐp ®o gi¸n tiÕp ®− îc viÕt:

AAA ∆±= (14)

∆A - sai sè tuyÖt ®èi ®− îc lµm trßn theo quy t¾c (b)

A - lµ gi¸ trÞ trung b×nh, tÝnh theo biÓu thøc (10) vµ ®− îc quy trßn ®Õn ch÷sè cã nghÜa cïng bËc víi sai sè tuyÖt ®èi.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




VÝ dô: X¸c dÞnh lùc h− íng t©m cña mét vËt quay trªn ®− êng trßn, theo

c«ng thøcR

mvF

2

= .

Ta ®o ®− îc çc sè liÖu sau:

m = (15,5 ± 0,2)kg; v = (3,45 ± 0,01)m/s; R = (150 ± 5)m.Tr− êng hîp nµy, ta tÝnh theo ph− ¬ng ph¸p (b):- TÝnh lnF: lnF = lnm + 2lnv - lnR.- TÝnh vi ph©n cña lnF:

R

dR

v

dv2

m

dm

F

dF−+=

Suy ra:

R

R

v

v2

m

m

F

F ∆+

∆+

∆=

∆=ε

Thay sè:

N2299,1150

)45,3(.5,15F

%.2,5052,00519,0

150

5

45,3

01,02

5,15

2,0

2

==

=≈=++=ε

Suy ra N06,00639,02299,1.052,0FF ≈==ε=∆

KÕt qu¶: F = (1,23 ± 0,06)N.

5. Ph− ¬ng ph¸p biÓu diÔn kÕt qu¶ phÐp ®o b»ng ®å thÞ

Ph− ¬ng ph¸p biÓu diÔn kÕt qu¶ çc phÐp ®o b»ng ®å thÞ ®− îc øng dôngnhiÒu trong thÝ nghiÖm vËt lý. Ph− ¬ng ph¸p nµy cho phÐp:

1- ThÓ hiÖn mét çch trùc quan sù phô thuéc hµm sè cña mét ®¹i l− îng vËt lý nµyvµo mét ®¹i l− îng vËt lý kh¸c. VÝ dô: nghiªn cøu sù phô thuéc cña ®iÖn trë R cña

®ång vµo nhiÖt ®é Rt = R0(1+ αt); R0 vµ Rt lµ ®iÖn trë cña Cu ë nhiÖt ®é O0C vµ

t0C; α lµ hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë.Ta ®− îc çc sè liÖu sau :

t 0(C) 10 20 30 40

R(Ω) 200 208 216 224.C¨n cø vµo çc sè liÖu trªn, vÏ ®å thÞ biÓu diÔn hµm sè R = f(t) nh− sau:

a) VÏ mét hÖ trôc täa ®é vu«ng gãc trªn giÊy kÎ « milimÐt. Trªn trôc tung ghi çcgi¸ trÞ R, trªn trôc hoµnh ghi çc gi¸ trÞ cña t. Chó ý chän tû lÖ thÝch hîp trªn çctrôc ®Ó vÏ ®å thÞ ®− îc c©n ®èi, râ rµng, chÝnh x¸c.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b) Mçi cÆp gi¸ trÞ t− ¬ng øng cña R vµ t, vÏ mét ®iÓm trªn ®å thÞ. Mçi ®iÓm ®¸nhdÊu b»ng mét h×nh ch÷ nhËt (hoÆc mét ch÷ thËp) cã kÝch th− íc ngang b»ng 2∆ tvµ kÝch th− íc ®øng b»ng 2∆R (trong tr− êng hîp nµy çc sai sè nµy lÊy b»ng ®échÝnh x¸c cña çc dông cô ®o chóng).c) VÏ ®å thÞ lµ mét ®− êng th¼ng liªn tôc, s¾c nÐt sao cho giao ®iÓm cña çc ch÷thËp n»m trªn hoÆc ph©n bè ®Òu vÒ c¶ hai phÝa vµ gÇn nã nhÊt. §å thÞ nµy lµ

®− êng trung b×nh cña çc ®iÓm ®o ®− îc.

Chó ý: NÕu mét ch÷ thËp hay h×nh ch÷ nhËt nµo ®ã çch xa ®− êng ®å thÞth× ®iÓm ®ã lµ sai cÇn ®o l¹i hoÆc lo¹i bá.

2- B»ng çch néi suy hay ngo¹i suy ta cã thÓ t×m ®− îc çc gi¸ trÞ cÇn thiÕt: KÐodµi ®− êng ®å thÞ ®· vÏ, c¾t trôc tung t¹i R0, ®ã lµ ®iÖn trë cña Cu ë O0C.

3- DÔ dµng tÝnh ®− îc gi¸ trÞ trung b×nh cña çc ®¹i l− îng: TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh

cña hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë α cña ®ång tõ gãc nghiªng ϕ cña ®å thÞ ®· vÏ:

)tt(

)R R (

R

1tg

R

1

12

12

00 −−

=ϕ=α

Tr− êng hîp çc ®¹i l− îng vËt lý cÇn biÓu diÔn b»ng ®å thÞ ®− îc ®o trùctiÕp lÆp l¹i nhiÒu lÇn ë cïng mét ®iÒu kiÖn, gi¸ trÞ cña chóng ®− îc x¸c ®Þnh:

nn2211

nn2211

YYYYYY

.........

XXXXXX

∆±∆±∆±

∆±∆±∆±

(15)

R (Ω)

t (0C)

10 20 30 40

R 0

0

ϕ

2∆R

2∆t

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Khi ®ã çc cÆp gi¸ trÞ trung b×nh )Y,X)...(Y,X();Y,X( nn2211 t− ¬ng øng sÏ

cho çc ®iÓm trªn ®å thÞ, kÝch th− íc ch÷ thËp hoÆc çc c¹nh h×nh ch÷ nhËt lµ çcsai sè tuyÖt ®èi )Y2,X2)...(Y2,X2();Y2,X2( nn2211 ∆∆∆∆∆∆ tõ (15).

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 2: vËn dông lý thuyÕt x¸c suÊt ®Ó xö lýkÕt qu¶ vµ sai sè phÐp ®o vËt lý

1. Çc sai sè cña mét phÐp ®o

§o mét ®¹i l− îng vËt lý cã nghÜa lµ x¸c ®Þnh b»ng ph− ¬ng ph¸p thùc

nghiÖm tû sè gi÷a ®¹i l− îng ®ã so víi mét ®¹i l− îng cïng lo¹i mµ ta coi lµ ®¬n vÞ.Ng− êi ta ph©n phÐp ®o thµnh hai lo¹i, lµ phÐp ®o trùc tiÕp vµ phÐp ®o gi¸n

tiÕp.

PhÐp ®o trùc tiÕp lµ phÐp ®o mµ ®¹i l− îng cÇn ®o ® − îc x¸c ®Þnh mét çch

trùc tiÕp theo sè ®o cña dông cô. VÝ dô, khi ®o thêi gian, th× kÕt qu¶ ®o ®¹i l− îngnµy ®− îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp b»ng ®ång hå, khi ®o chiÒu dµi th× kÕt qu¶ ®o ®¹il− îng nµy ®− îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp b»ng sè ®o cña th− íc, khi ®o hiÖu ®iÖn thÕdïng v«nkÕ th× hiÖu ®iÖn thÕ ®− îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp theo sè ®o cña v«nkÕ...

PhÐp ®o gi¸n tiÕp lµ phÐp ®o mµ ®¹i l− îng cÇn ®o (Z ch¼ng h¹n) ®− îc x¸c

®Þnh trªn c¬ së ®o mét sè ®¹i l−

îng (X, Y...) nµo kh¸c, sau ®ã míi tÝnh ®−

îc ®¹il− îng Z nh− mét hµm sè cña çc ®¹i l− îng X, Y.., ®o ®− îc: Z = f(X,Y,..). NÕu

nh÷ng ®¹i l− îng X, Y... ban ®Çu ® − îc ®o nhiÒu lÇn, ta cã thÓ viÕt hµm sè:

,...)Y,X(f Z = . VÝ dô, ®èi víi mét h×nh ch÷ nhËt cã çc c¹nh lµ A vµ B, sau khi ®o

® − îc A vµ B, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® − îc mét çch gi¸n tiÕp diÖn tÝch S vµ chu vi P

cña nã theo çc c«ng thøc: S = A.B; P = 2(A+B) . V× r»ng trªn thùc tÕ kh«ng tån t¹i çc dông cô ®o vµ ph− ¬ng ph¸p ®o tuyÖt

®èi chÝnh x¸c, nªn kÕt qu¶ ®o thùc nghiÖm x TN lu«n sai kh¸c so víi gi¸ trÞ thùc X(cßn gäi lµ gi¸ trÞ ch©n lý) cña ®¹i l− îng ®ã. HiÖu sè gi÷a gi¸ trÞ thùc X vµ gi¸ trÞ

thùc nghiÖm x TN cña mét phÐp ®o gäi lµ sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o:δx = xTN - X (1)Khi thùc hiÖn mét phÐp ®o, ngoµi viÖc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña ®¹i l− îng cÇn

®o, ta cßn ph¶i ®¸nh gi¸ ®− îc sai sè cña phÐp ®o ®ã, v× r»ng nÕu kh«ng chØ ra saisè cña phÐp ®o th× ta kh«ng thÓ ph¸n xÐt ®− îc vÒ møc ®é ®¸ng tin cña kÕt qu¶ ®o.Do ta kh«ng thÓ biÕt ®− îc gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l− îng cÇn ®o, cho nªn ®− ¬ng nhiªnta kh«ng thÓ dùa vµo c«ng thøc (1) ®Ó tÝnh sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o. V× vËyng− êi ta ph¶i x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o dùa trªn ®é chÝnh x¸c cña çc dông cô®o, ®é t¶n m¸t cña çc çc sè liÖu thùc nghiÖm vµ dùa trªn ®é tin cËy cña ph− ¬ng

ph¸p ®o. KÕt qu¶ lµ ta kh«ng nhËn ®−

îc gi¸ trÞ δx mµ ta chØ nhËn ®−

îc gi¸ trÞ gÇn®óng ∆x cña nã, h¬n n÷a, th«ng th− êng ta kh«ng biÕt c¶ dÊu cña ∆x n÷a, tøc lµ ta

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




kh«ng thÓ biÕt ®− îc kÕt qu¶ thùc nghiÖm lín h¬n hay nhá h¬n so víi gi¸ trÞ thùc.V× thÕ, kÕt qu¶ cña mét phÐp ®o th− êng ®− îc biÓu diÔn d− íi d¹ng:

X = xTN ± ∆xcã nghÜa lµ gi¸ trÞ thùc X , víi x¸c suÊt ®ñ lín, n»m ®©u ®ã trong kho¶ng: ((xTN -

∆x) ÷ (xTN + ∆x))Ch¼ng h¹n, nÕu trong phÐp ®o suÊt ®iÖn ®éng cña mét côc pin, ta nhËn

®− îc kÕt qu¶ E = 1,4 ± 0,1V, th× ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ víi x¸c suÊt ®ñ lín, gi¸ trÞ

thùc cña suÊt ®iÖn ®éng cÇn ®o n»m trong kho¶ng tõ 1,3 ®Õn 1,5 v«n.

Sai sè t − ¬ng ®èi cña phÐp ®o lµ tû sè gi÷a sai sè tuyÖt ®èi so víi ®¹i l− îngcÇn ®o:

ε =TNx

x

X

x ∆≈

δ

Sai sè t− ¬ng ®èi th− êng ®− îc tÝnh ra phÇn tr¨m. Sai sè t− ¬ng ®èi thÓ hiÖnchÊt l− îng cña phÐp ®o, hay ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. Ch¼ng h¹n, nÕu vËn tèc

cña ¸nh s¸ng (c = 299792459m/s) ®−

îc ®o víi sai sè tuyÖt ®èi ∆c = 1m/s, th× saisè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o lµ ε = 3.10-7%, phÐp ®o nµy cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao.Nh− ng nÕu còng víi cïng sai sè tuyÖt ®èi ®ã ta thùc hiÖn phÐp ®o vËn tèc chuyÓn®éng cña mét vËt cã v = 10 m/s th× sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o sÏ lµ 10%, phÐp®o nµy cã ®é chÝnh x¸c rÊt tÇm th− êng.

Khi nãi vÒ kÕt qu¶ cña mét phÐp ®o mµ kh«ng chØ ra sai sè cña phÐp

®o ®ã th× kÕt qu¶ Êy còng kh«ng cã mÊy gi¸ trÞ. Ta h·y xÐt vÝ dô sau ®Ó thÊy

râ ®iÒu ®ã.

VÝ dô 1: Kh¶o s¸t ®é bÒn cña hai lo¹i d©y thÐp cã cïng tiÕt diÖn 1mm2 chokÕt qu¶ lµ d©y thÐp lo¹i A bÞ ®øt khi chÞu lùc t¸c dông FA = 1400N, d©y thÐp lo¹iB bÞ ®øt khi chÞu lùc t¸c dông FB = 1300N. LiÖu tõ nh÷ng th«ng tin trªn, ta cã thÓkh¼ng ®Þnh lµ d©y thÐp lo¹i A bÒn h¬n d©y thÐp lo¹i B hay kh«ng? Râ rµng lµkh«ng, v× ta kh«ng biÕt sai sè cña çc phÐp ®o. NÕu sai sè cña çc phÐp ®o ®ñ

nhá, ∆F = 10 N ch¼ng h¹n, khi ®ã ®é bÒn cña lo¹i d©y A n»m trong kho¶ng (1390

÷ 1410N), cßn ®é bÒn cña lo¹i d©y B trong kho¶ng (1290 ÷ 1310N). So s¸nh haikho¶ng gi¸ trÞ nµy, ta thÊy nÕu tÝnh c¶ ®Õn sai sè cña çc phÐp ®o, ta hoµn toµn cãthÓ kh¼ng ®Þnh r»ng lo¹i d©y A bÒn h¬n lo¹i d©y B. NÕu nh− phÐp ®o cã sai sè

kh¸ lín th× t×nh huèng l¹i kh¸c. Ch¼ng h¹n, nÕu ta cã ∆F = 200N. Trong tr− êng

hîp nµy ta cã çc kho¶ng gi¸ trÞ t− ¬ng øng lµ FA = (1200 ÷ 1600N); FA = (1100 ÷ 1500N). Râ rµng lµ hai kho¶ng nµy trïm lªn nhau kh¸ nhiÒu vµ, nÕu l− u ý ®Õn sai

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




sè cña phÐp ®o, ta kh«ng thÓ kh¼ng ®Þnh lµ d©y lo¹i A bÒn h¬n d©y B, còng kh«ngthÓ kh¼ng ®Þnh lµ chóng cã ®é bÒn kh¸c nhau.

§é chÝnh x¸c cña mét phÐp ®o ph¶i phï hîp víi môc ®Ých thùc hiÖn phÐp®o. NÕu trong vÝ dô 1 môc tiªu thùc hiÖn phÐp ®o lµ ®Ó chän ra lo¹i d©y bÒn h¬n

trong hai lo¹i d©y ®· cho th× møc sai sè ∆F = 10N lµ ®ñ ®Ó thùc hiÖn viÖc ®ã, gi¸thö ta cè t¨ng møc chÝnh x¸c cña thùc nghiÖm lªn n÷a th× còng kh«ng cÇn thiÕt vµchØ lµm tèn thªm thêi gian vµ ph− ¬ng tiÖn mét çch v« Ých mµ th«i.

Còng tõ vÝ dô trªn ta thÊy, gi¸ thö trong khi ®¸nh gi¸ sai sè ta nhÇm tíi hailÇn, tøc lµ thay v× 10N, ta cho r»ng sai sè phÐp ®o b»ng 5N hay 20N, th× ®iÒu ®ãcòng ch− a h¼n ®· lµm ¶nh h− ëng ®Õn viÖc ta ®− a ra kÕt luËn ®óng r»ng lo¹i d©y AbÒn h¬n lo¹i d©y B. V× thÕ trong nhiÒu tr− êng hîp thÊy r»ng ®«i khi ch¼ng thµ®− a ra mét ®¸nh gi¸ sai sè (cho dï lµ gÇn ®óng) th× vÉn tèt h¬n lµ kh«ng nªu ramét gi¸ trÞ sai sè nµo.

§«i khi mét sè ng− êi khi c«ng bè kÕt qu¶ phÐp ®o cña m×nh cè t×nh h¹thÊp mét çch qu¸ ®¸ng gi¸ trÞ sai sè. §iÒu ®ã chøng tá hä kh«ng cã mét th¸i ®é

phª ph¸n khi xem xÐt kÕt qu¶ çc phÐp ®o cña m×nh, hoÆc cè t×nh ®− a ra mét kÕtqu¶ ®o cã chÊt l− îng cao h¬n thùc cã. §iÒu nµy lµ kh«ng thÓ chÊp nhËn ®− îc, v×r»ng nã cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng kÕt luËn sai lÇm. Còng cã mét th¸i ®é ®èi ng− îc lµkhi nªu kÕt qu¶ ®o ng− êi ta cè t×nh t¨ng sai sè lªn ®Ó "dù tr÷". §©y còng lµ métviÖc kh«ng nªn lµm, v× nã lµm gi¶m gi¸ trÞ cña çc kÕt qu¶ ®o.

Trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®«i khi xuÊt hiÖn nh÷ng sai sè qu¸lín, gäi lµ sai lÇm (hay cßn gäi lµ sai sè th«). Sai lÇm x¶y ra hoÆc do tr×nh ®échuyªn m«n thÊp cña ng− êi ®o, hoÆc do sù cÈu th¶, hoÆc do nh÷ng t¸c ®éng qu¸m¹nh cña çc yÕu tè kh¸ch quan bªn ngoµi ®èi víi kÕt qu¶ thùc nghiÖm. Sai lÇm

th−

êng dÉn ®Õn sai sè rÊt lín, do ®ã b»ng mäi çch ph¶i lo¹i trõ hoµn toµn kh¶n¨ng m¾c ph¶i sai lÇm trong qu¸ tr×nh ®o. §Ó lµm ®− îc viÖc ®ã, ph¶i tiÕn hµnh thÝnghiÖm vµ ghi chÐp çc kÕt qu¶ thÝ nghiÖm mét çch cÈn thËn, tû mØ, tr¸nh saochÐp kÕt qu¶. TiÕp sau ®©y ta coi nh− sai lÇm kh«ng cã vµ chØ xÐt ®Õn sai sè.

Theo çch thøc xuÊt hiÖn, sai sè ®− îc ph©n ra thµnh sai sè hÖ thèng vµ saisè ngÉu nhiªn.

2. Sai sè hÖ thèng

Sai sè hÖ thèng lµ thµnh phÇn sai sè xuÊt hiÖn mét çch cã hÖ thèng. §Æc®iÓm cña sai sè hÖ thèng lµ nã hoÆc kh«ng ®æi, hoÆc thay ®æi mét çch cã quy

luËt trong qu¸ tr×nh lÆp l¹i nh÷ng phÐp ®o ®èi víi cïng mét ®¹i l− îng vËt lý. Saisè hÖ thèng dÉn ®Õn hËu qu¶ lµ çc kÕt qu¶ ®o th− êng lÖch vÒ mét phÝa (lín h¬n

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




hay nhá h¬n) so víi gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l− îng cÇn ®o. Ch¼ng h¹n, nÕu ta dïngmét ®ång hå ch¹y nhanh ®Ó ®o kho¶ng thêi gian th× kÕt qu¶ cña phÐp ®o th− ênglín h¬n so víi qu·ng thêi gian thùc tÕ.

Nguyªn nh©n dÉn ®Õn sai sè hÖ thèng ®− îc ph©n tÝch kü l− ìng c¶ vÒ khÝac¹nh vËt lý lÉn khÝa c¹nh kü thuËt khi x©y dùng ph− ¬ng ph¸p ®o vµ tõ ®ã ®− a ranh÷ng gi¶i ph¸p vµ quy t¾c nh»m lo¹i trõ sai sè hÖ thèng khái kÕt qu¶ ®o.

Sai sè hÖ thèng l¹i ®− îc ph©n chia thµnh çc nhãm nh− sau:1. Nhãm çc sai sè mµ b¶n chÊt cña chóng ®· ®− îc biÕt râ vµ ®é lín cña chóng cãthÓ ®− îc x¸c ®Þnh mét çch ®ñ chÝnh x¸c. Trong tr− êng hîp nµy ta cã thÓ tiÕnhµnh hiÖu chØnh çc kÕt qu¶ ®o ®Ó lo¹i trõ hoÆc gi¶m thiÓu ®¸ng kÓ sai sè. Ta cãthÓ minh häa ®iÒu nµy b»ng vÝ dô sau.

VÝ dô 2: Dßng ®iÖn I vµ hiÖu ®iÖn thÕ U gi÷a hai®Çu ®iÖn trë R ®− îc ®o dùa theo s¬ ®å trªn h×nh 1. NÕucoi U b»ng chØ sè U1 cña v«nkÕ, ta m¾c ph¶i sai sè hÖthèng Ir, tøc lµ b»ng sôt ¸p trªn ampekÕ. NÕu ta hiÖu

chØnh kÕt qu¶ ®o, ta ®− îc gi¸ trÞ ®óng sau: U = U1 - Ir.

2. Nhãm çc sai sè mµ nguyªn nh©n g©y ra chóng th× ta biÕt nh− ng ta kh«ng biÕt®− îc ®é lín cña chóng.

Ch¼ng h¹n, khi ®o nhiÖt ®é cña mét vËt nãng, nÕu ta bè trÝ thÝ nghiÖm theos¬ ®å 2a, ch¾c ch¾n ta sÏ nhËn ®− îc gi¸ trÞ nhiÖt ®é thÊp h¬n thùc cã. Khã cã thÓ− íc tÝnh ®− îc sai sè m¾c ph¶i, mÆc dï ta biÕt ch¾n ch¾n r»ng nguyªn nh©n cña saisè m¾c ph¶i lµ do tiÕp xóc nhiÖt kh«ng tèt gi÷a nhiÖt kÕ vµ vËt mµ ta cÇn ®o nhiÖt®é vµ ¶nh h− ëng cña kh«ng khÝ ®èi víi nhiÖt kÕ. Trong tr− êng hîp ®ã tèt nhÊt lµph¶i thay ®æi ph− ¬ng ph¸p ®o, cô thÓ lµ ph¶i c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn tiÕp xóc nhiÖt vµh¹n chÕ ¶nh h− ëng cña kh«ng khÝ ®èi víi nhiÖt kÕ nh− trªn h×nh vÏ 2b hoÆc 2c.

V U1

Ir

R U

b

H×nh 1

a c b

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




3. Nhãm çc sai sè mµ ta kh«ng biÕt vÒ sù hiÖn diÖn cña chóng, cho dï gi¸ trÞ cñachóng cã thÓ rÊt lín. Ch¼ng h¹n nh− trong s¬ ®å ®o biÓu diÔn trªn h×nh 1, nÕu bÒmÆt tiÕp xóc ë nh÷ng chç nèi d©y bÞ «xi ho¸, lµm cho ®iÖn trë cña çc chç nèit¨ng lªn ®¸ng kÓ, kÕt qu¶ ®o cã thÓ bÞ sai lÖch rÊt nhiÒu. §©y lµ nhãm sai sè nguy

hiÓm nhÊt, ®Æc biÖt lµ ®èi víi nh÷ng phÐp ®o phøc t¹p vµ trong nh÷ng lÜnh vùc

mµ hiÓu biÕt cña ta cßn Ýt ái. Sai sè cña dông cô ®o chñ yÕu còng lµ sai sè hÖ thèng. Ta sÏ xem xÐt riªng

vÒ sai sè do dông cô ®o ë môc 4.Nh÷ng vÝ dô nªu trªn cho ta thÊy r»ng sai sè hÖ thèng cã thÓ lín ®Õn møc

lµm sai lÖch hoµn toµn kÕt qu¶ ®o. V× vËy nhËn biÕt vµ lo¹i bá sai sè hÖ thèng lµmét nhiÖm vô quan träng trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thùc nghiÖm. §Ó ®¹t ®− îcmôc ®Ých ®ã, cÇn ph¶i suy xÐt rÊt kü vÒ ph− ¬ng ph¸p ®o vµ lùa chän nh÷ng dôngcô ®o phï hîp, tiÕn hµnh nh÷ng phÐp ®o kiÓm tra, ®¸nh gi¸ ®− îc t¸c ®éng cñanh÷ng yÕu tè c¶n trë viÖc thùc hiÖn mét phÐp ®o chÝnh x¸c. Mét trong nh÷ng biÖnph¸p cho phÐp nhËn biÕt vÒ sù hiÖn h÷u cña sai sè hÖ thèng lµ lÆp l¹i phÐp ®o theo

mét ph− ¬ng ph¸p kh¸c, trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm kh¸c. NÕu çc kÕt qu¶thùc nghiÖm trïng khíp víi nhau th× trong mét chõng mùc nµo ®ã cã thÓ ®¶m b¶or»ng çc kÕt qu¶ thùc nghiÖm lµ chÝnh x¸c.

3. Sai sè ngÉu nhiªn

3.1. X¸c suÊt cña mét biÕn cè ngÉu nhiªn

BiÕn cè ngÉu nhiªn lµ nh÷ng biÕn cè mµ ta kh«ng thÓ tiªn ®o¸n mét çchchÝnh x¸c vÒ sù xuÊt hiÖn cña chóng. VÝ dô, khi gieo mét con xóc s¾c, sù xuÊthiÖn mÆt “tam” (ba) lµ mét biÕn cè ngÉu nhiªn; viÖc tróng xæ sè lµ mét biÕn cè

ngÉu nhiªn v.v...MÆc dï trong nh÷ng tr− êng hîp ®ã ta kh«ng thÓ tiªn ®o¸n mét çch chÝnhx¸c çc biÕn cè cã x¶y ra hay kh«ng, song ta cã thÓ chØ ra x¸c suÊt xuÊt hiÖn çcbiÕn cè ®ã. Ta h·y xÐt mét vÝ dô sau:

Gi¶ sö mét x¹ thñ nh¾m vµ b¾n mét môc tiªu n lÇn. Trong sè n lÇn b¾n,ng− êi ®ã b¾n tróng m lÇn vµ b¾n tr− ît n - m lÇn. Khi ®ã tû sè m/n gäi lµ tÇn suÊt

b¾n tróng . Khi sè ph¸t b¾n n t¨ng lªn, tÇn suÊt b¾n tróng sÏ tiÕn tíi mét giíi h¹nnµo ®ã mµ ta gäi lµ x¸c suÊt b¾n tróng cña ng− êi ®ã. Trong b¶ng 1 liÖt kª kÕt qu¶b¾n cña mét x¹ thñ.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B¶ng 1Thèng kª kÕt qu¶ b¾n cña mét x¹ thñ

Sè l− îng ph¸t b¾n n Sè lÇn b¾n tróng m TÇn suÊt b¾n tróng m/n2 2 15 2 0,410 6 0,6

100 68 0,68500 330 0,66

Tõ b¶ng nµy ta thÊy khi n nhá, tÇn suÊt b¾n tróng th¨ng gi¸ng (thay ®æi)kh¸ m¹nh, nh− ng víi nh÷ng gi¸ trÞ n lín th× tÇn suÊt b¾n tróng tiÕn tíi mét giíih¹n nµo ®ã. §èi víi vÝ dô cô thÓ nµy, nÕu ta xem nh− sè l− îng ph¸t b¾n n = 500 lµ ®ñ lín th× x¸c suÊt b¾n tróng môc tiªu b»ng 0,66.

NÕu ta tiÕn hµnh mét thùc nghiÖm tÊt c¶ n lÇn, trong ®ã cã m lÇn xuÊt hiÖn

biÕn cè A, th× giíi h¹n cña tû sè m/n khi n → ∞ gäi lµ x¸c suÊt cña biÕn cè A, ký

hiÖu lµ P(A). X¸c suÊt chØ cã thÓ nhËn nh÷ng gi¸ trÞ trong kho¶ng (0 ÷ 1).

3.2. Çc ®Æc tr− ng cña sai sè ngÉu nhiªn. Sai sè cña phÐp ®o ®¬n lÎ (tiÕn

hµnh duy nhÊt mét lÇn)

Sai sè ngÉu nhiªn cña mét phÐp ®o lµ thµnh phÇn sai sè xuÊt hiÖn vµ biÕn®æi mét çch ngÉu nhiªn khi ta lÆp l¹i nhiÒu lÇn phÐp ®o ®ã ®èi víi cïng mét ®¹il− îng vËt lý.

VÝ dô 3: §Ó ®o chu kú dao ®éng cña mét con l¾c, ng− êi ta bÊm cho ®ång

hå bÊm gi©y b¾t ®Çu ch¹y vµo thêi ®iÓm mµ con l¾c ®¹t ly ®é lín nhÊt vµ bÊm cho®ång hå dõng khi nã thùc hiÖn ®− îc mét dao ®éng toµn phÇn. Trªn b¶ng 2 liÖt kªmét phÇn nhá nh÷ng sè liÖu ®o. Tõ b¶ng nµy ta thÊy çc kÕt qu¶ ®o sai kh¸c nhaukho¶ng vµi phÇn tr¨m hoÆc vµi phÇn chôc gi©y, cã nghÜa lµ sai sè ®o cã tÝnh ngÉunhiªn. Cã thÓ nªu ra nh÷ng nguyªn nh©n dÉn ®Õn sai sè lµ: Thø nhÊt, b¶n th©n®ång hå bÊm gi©y cã sai sè; thø hai, ph¶n øng cña ng− êi ®o kh«ng æn ®Þnh (lócth× ng− êi ®ã bÊm sím h¬n mét chót, lóc th× ng− êi ®ã bÊm chËm h¬n mét chót sovíi yªu cÇu); thø ba, trong phßng cã thÓ h×nh thµnh nh÷ng dßng kh«ng khÝ ngÉunhiªn lµm ¶nh h− ëng tíi chuyÓn ®éng cña con l¾c, lµm cho chu kú dao ®éng cñacon l¾c bÞ thay ®æi.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B¶ng 2KÕt qu¶ ®o chu kú dao ®éng cña mét con l¾c

LÇn®o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 …

T(s) 1,87 1,97 1,86 2,23 1,88 2,04 1,95 2,10 2,03 2,06 2,28 1,88 …

Sai sè ngÉu nhiªn xuÊt hiÖn do nhiÒu nguyªn nh©n. Th− êng ta kh«ng thÓnghiªn cøu mét çch ®Çy ®ñ vÒ çc nguyªn nh©n ®ã còng nh− kh«ng thÓ l− êngtr− íc ¶nh h− ëng cña chóng ®èi víi mét phÐp ®o cô thÓ. Tuy nhiªn ta cã thÓ ®Ò ranh÷ng biÖn ph¸p nh»m gi¶m thiÓu çc sai sè ngÉu nhiªn. Ch¼ng h¹n, ta cã thÓgi¶m thiÓu sai sè ngÉu nhiªn g©y bëi ph¶n øng cña ng− êi ®o b»ng çch sö dôngthiÕt bÞ ®o thêi gian tù ®éng.

Sai sè ngÉu nhiªn tu©n theo çc quy luËt thèng kª. M«n to¸n häc nghiªncøu vÒ çc quy luËt thèng kª ®ã lµ lý thuyÕt x¸c suÊt vÒ çc sai sè . D− íi ®©y taliÖt kª mét sè kÕt qu¶ (ta thõa nhËn mµ kh«ng chøng minh) cña lý thuyÕt nµy. Gi¶

sö ta sÏ sö dông çc kÕt qu¶ cña 300 lÇn ®o chu kú dao ®éng cña con l¾c ®Ó minhho¹ cho çc ®Þnh luËt c¬ b¶n cña lý thuyÕt x¸c suÊt vÒ sai sè.Trong lý thuyÕt x¸c suÊt vÒ sai sè, ng− êi ta th− êng vÏ çc biÓu ®å ph©n bè

kÕt qu¶ ®o ®Ó t¨ng tÝnh trùc quan cña lý thuyÕt. §Ó x©y dùng biÓu ®å ph©n bè ®ã,ta ph©n chia kho¶ng çc gi¸ trÞ ®o ®− îc cña chu kú dao ®éng thµnh nh÷ng kho¶ngnhá b»ng nhau vµ ®Õm sè lÇn kÕt qu¶ ®o cã trÞ sè n»m trong tõng kho¶ng nhá ®ã.

Trªn h×nh 3 tr×nh bµy çc biÓu ®å vÏ cho nh÷ng tæng sè lÇn ®o n kh¸cnhau. Ta thÊy trªn h×nh 3a ®èi víi n = 5 çc kÕt qu¶ ®o rÊt ph©n t¸n; trªn h×nh 3b®èi víi n = 50 ta thÊy quy luËt ph©n bè çc kÕt qu¶ b¾t ®Çu thÓ hiÖn; trªn h×nh 3cvíi n = 300 ta thÊy quy luËt ph©n bè trë nªn râ nÐt h¬n.

Gi¶ sö sau n lÇn tiÕn hµnh ®o mét ®¹i l− îng vËt lý x ta nhËn ®− îc çc kÕtqu¶ x1, x2,..., xn. Khi ®ã ta ph¶i lÊy trung b×nh céng x cña çc kÕt qu¶ lµ gi¸ trÞthÝch hîp nhÊt (gi¸ trÞ tèt nhÊt) cña ®¹i l− îng x.

i

n

1ix

n

1x

=Σ= (2)

Sè n cµng lín th× x cµng tiÕn gÇn h¬n tíi gi¸ trÞ thùc X mµ ta kh«ng biÕt,

tøc lµ x → X khi n → ∞. §iÒu nµy chØ ®óng trong tr− êng hîp mµ çc sai sè hÖ

thèng ®· hoµn toµn bÞ lo¹i trõ.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Gi¸ trÞ trung b×nh cña chu kú T sau 300 lÇn ®o lµ x = 2,00s. V× r»ng 300 lµmét sè t− ¬ng ®èi lín, cho nªn trong nh÷ng lËp luËn tiÕp theo ta quy − íc r»ng gi¸trÞ thùc X xÊp xØ b»ng x = 2,00s. Lóc ®ã ta cã thÓ biÓu diÔn trªn trôc hoµnh çc

sai sè ngÉu nhiªn δxi = xi – 2,00 thay v× biÓu diÔn çc kÕt qu¶ ®o x i (xem h×nh3c).

Çc biÓu ®å ph©n bè kÕt qu¶ ®o øng víi sè lÇn ®o lín cho phÐp kh¶o s¸tnh÷ng quy luËt ®Æc thï cña sai sè ngÉu nhiªn. Ta cã thÓ thÊy çc quy luËt ®ã thÓhiÖn qua biÓu ®å trªn h×nh 3c nh− sau:

a. BiÓu ®å 3c gÇn nh− cã d¹ng h×nh chu«ng ®èi xøng, cã cùc ®¹i ë l©n cËn

gi¸ trÞ x ≈ X. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ x¸c suÊt ®Ó sai sè ngÉu nhiªn cã dÊud− ¬ng xÊp xØ b»ng x¸c suÊt ®Ó sai sè ngÉu nhiªn cã dÊu ©m, vµ sai sè lín

Ýt x¶y ra h¬n so víi sai sè nhá.

1,8 2,0 2,2 xi(s)

n = 5

0

3

1,8 2,0 2,2 xi(s)

n = 50

0

5

10

0 +0,2-0,2

xi(s)

xi - X

n = 300

σ = 0,1s

0

25

50

X

2,22,01,80

5

10

15

X

a

b

c

d

H×nh 3

05,0= xσ

)(s xi

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




b. §é réng cña biÓu ®å (xmax - xmin) hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo sè lÇn®o. Nã (®é réng cña biÓu ®å) ®Æc tr− ng cho ®é t¶n m¸t cña çc kÕt qu¶ ®o,tøc lµ ®Æc tr− ng cho sai sè cña nh÷ng phÐp ®o ®¬n lÎ (tiÕn hµnh riªng rÏ).§é réng nµy phô thuéc vµo çc dông cô ®o, ph− ¬ng ph¸p ®o vµ çc ®iÒukiÖn kh¸ch quan khi tiÕn hµnh phÐp ®o.c. Trong ®a sè tr− êng hîp, h×nh d¹ng biÓu ®å ph©n bè çc kÕt qu¶ ®o

gièng nhau, kh«ng phô thuéc vµo ®¹i l− îng cÇn ®o, dông cô vµ ph− ¬ngph¸p ®o. Çc biÓu ®å ph©n bè chØ kh¸c nhau vÒ mÆt ®Þnh l− îng, nh− ®éréng (mµ nh− ta võa nãi, liªn quan ®Õn sai sè cña phÐp ®o), gi¸ trÞ x øng

víi cña cùc ®¹i trªn biÓu ®å (tøc lµ gi¸ trÞ x ≈ X). Ph©n bè d¹ng h×nhchu«ng ®Æc tr− ng nµy gäi lµ ph©n bè Gauss, hay lµ ph©n bè chuÈn.

§¹i l− îng ®Æc tr− ng c¬ b¶n cña ph©n bè chuÈn lµ ®é lÖch chuÈn. Cã hai lo¹i ®é

lÖch chuÈn, ®ã lµ ®é lÖch chuÈn σ cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ vµ ®é lÖch chuÈn trung

b×nh σ <x> cña gi¸ trÞ trung b×nh x . §é lÖch chuÈn cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ ®− îc tÝnh theo çc kÕt qu¶ cña n

lÇn ®o x1, x2,..., xn theo c«ng thøc sau:

)1n(

)xx(

)1n(

)xx(....)xx()xx(

n

1i

2

i2

n

2

2

2

1

−

−=

−−++−+−

=σ∑= (3)

trong ®ã x lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña n kÕt qu¶ ®o.

§¹i l− îng σ ®Æc tr− ng cho ®é réng cña biÓu ®å ph©n bè kÕt qu¶ ®o vµ lµth«ng sè c¬ b¶n cho phÐp x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o.

§«i khi ta còng cã thÓ gÆp nh÷ng ph©n bè kÕt qu¶ ®o kh¸c víi ph©n bèchuÈn, nh− ng ®ã kh«ng ph¶i lµ ph©n bè ®iÓn h×nh, cho nªn ta sÏ kh«ng xem xÐtnh÷ng ph©n bè lo¹i nµy.

§é lÖch chuÈn σ ®Æc tr− ng cho sai sè ngÉu nhiªn cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ

thùc hiÖn theo mét ph− ¬ng ph¸p cô thÓ, nh− ng b¶n th©n σ l¹i chØ ®− îc x¸c ®Þnh

dùa theo kÕt qu¶ cña mét sè lÇn ®o ®ñ lín vµ n cµng lín th× th«ng sè σ ®− îc x¸c®Þnh cµng chÝnh x¸c. Trªn thùc tÕ, khi tiÕn hµnh çc phÐp ®o chØ cÇn giíi h¹n sè

lÇn ®o n trong kho¶ng: n = (10 ÷ 50).

Quay trë l¹i vÝ dô 3, tÝnh to¸n σ ®èi víi n = 300, ta nhËn ®− îc kÕt qu¶ σ =

0,10s. B©y giê ta tÝnh tÇn suÊt ®Ó kÕt qu¶ thùc nghiÖm xi r¬i vµo kho¶ng (X -σ ÷

X +σ). Theo biÓu ®å ph©n bè kÕt qu¶ ®o trªn h×nh 3c ta thÊy sè lµn kÕt qu¶ ®o r¬ivµo kho¶ng ®· cho lµ m = 190, suy ra tÇn suÊt ®Ó kÕt qu¶ ®o r¬i vµo kho¶ng ®ã lµm/n = 190/300 = 0,63.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B»ng çch t¨ng sè lÇn ®o, ta x¸c ®Þnh ®− îc gi¸ trÞ chÝnh x¸c h¬n cña σ vµ

khi n → ∞ ta nhËn ®− îc kÕt qu¶ P = m/n = 0,68. §ã chÝnh lµ x¸c suÊt ®Ó kÕt qu¶

cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ n»m trong kho¶ng (X -σ ÷ X +σ).Cã nghÜa lµ nÕu ta tiÕn hµnh ®o 100 lÇn th× cã kho¶ng 68 lÇn kÕt qu¶ ®o sÏ

lÖch so víi gi¸ trÞ trung b×nh mét l− îng kh«ng qu¸ σ vµ kho¶ng 32 lÇn ®o sÏ cho

kÕt qu¶ sai lÖch so víi gi¸ trÞ trung b×nh mét l− îng lín h¬n σ. Sai sè giíi h¹n cña phÐp ®o: Gäi P(∆x) lµ x¸c suÊt ®Ó kÕt qu¶ ®o n»m

trong kho¶ng (X - ∆x ÷ X + ∆x). Trong b¶ng 3 liÖt kª x¸c suÊt P(∆x) ®èi víi mét

sè gi¸ trÞ cña ∆x. Ta thÊy khi ∆x = 2σ th× P(2σ) = 0,95; khi ∆x = 3σ th× P(∆x) =0,997. Nh− vËy, cø 1000 lÇn ®o th× trung b×nh cã 997 lÇn ta nhËn ®− îc kÕt qu¶ ®o

cã gi¸ trÞ n»m trong kho¶ng (X - 3σ ÷ X + 3σ). Nh− vËy, sè lÇn ®o mµ kÕt qu¶nhËn ®− îc r¬i ra ngoµi kho¶ng võa nªu hÇu nh− lµ kh«ng ®¸ng kÓ (ba lÇn trong sèmét ngh×n lÇn). Nãi çch kh¸c hÇu nh− ch¾c ch¾n lµ kÕt qu¶ ®o sÏ r¬i vµo kho¶ng

®· nªu, v× thÕ ng− êi ta quy − íc gäi ∆x = 3σ lµ sai sè giíi h¹n cña phÐp ®o.

B¶ng 3

∆x = kσ k P(∆x)

σ 1 0,68

2σ 2 0,95

2,6σ 2,6 0,99

3σ 3 0,997

Ng− êi ta quy − íc viÕt kÕt qu¶ ®o d− íi d¹ng sau:

xi - ∆x < X < xi + ∆x hoÆc X = xi ± ∆x, P = P(∆x)Çch viÕt nµy cã ý nghÜa nh− sau: nÕu khi ta tiÕn hµnh mét phÐp ®o ®¬n lÎ

®Ó x¸c ®Þnh mét ®¹i l− îng x, ta nhËn ®− îc kÕt qu¶ thùc nghiÖm lµ x i, th× gi¸ trÞ

thùc X sÏ n»m trong kho¶ng (xi - ∆x ÷ xi + ∆x) víi x¸c suÊt (®é tin cËy) b»ng

P(∆x). ¸p dông cho vÝ dô 3, nÕu trong mét lÇn ®o duy nhÊt ta nhËn ®− îc mét gi¸

trÞ nµo ®ã, ch¼ng h¹n x = 1,87s. Khi ®ã, nÕu biÕt σ = 0,10s, ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh

r»ng gi¸ trÞ thùc cña chu kú dao ®éng n»m trong kho¶ng X = 1,87 ± 0,10s víi ®é

tin cËy b»ng 0,68; trong kho¶ng X = 1,87 ± 0,20s víi ®é tin cËy b»ng 0,95 vµ

trong kho¶ng X = 1,87 ± 0,30s víi ®é tin cËy b»ng 0,997.ë ®©y cã thÓ xuÊt hiÖn mét c©u hái nh− sau: b»ng çch xö lý kÕt qu¶ cña300 lÇn ®o, ta ®· nhËn ®− îc kÕt qu¶ x = 2,00s gÇn víi gi¸ trÞ thùc X h¬n rÊt

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




nhiÒu, vËy ph¶i bµn ®Õn kÕt qu¶ cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ ®Ó lµm g×? Ta cã thÓ hiÓu®− îc Ých lîi cña viÖc nµy qua vÝ dô sau:

Gi¶ sö sau khi tiÕn hµnh ®o kü l− ìng chu kú dao ®éng cña mét con l¾c, ta

nhËn ®− îc çc kÕt qu¶ 1x = 2,00s vµ σ = 0,10s. B©y giê ta cã mét con l¾c kh¸c vµ

ta chØ ®o ®− îc duy nhÊt mét lÇn chu kú dao ®éng x2 cña nã trong cïng ®iÒu kiÖnvµ nhËn ®− îc kÕt qu¶ x

2= 2,52s. LiÖu trong tr− êng hîp nµy ta cã thÓ nãi ®− îc g×

vÒ sai sè cña phÐp ®o duy nhÊt nµy kh«ng? Cã, bëi v× thùc nghiÖm nµy ® − îc tiÕnhµnh cïng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nh− çc thùc nghiÖm tr− íc, víi cïng mét ®ånghå bÊm gi©y ®· cho, chu kú dao ®éng cña con l¾c sè 2 l¹i kh«ng qu¸ chªnh so víichu kú dao ®éng cña con l¾c thø nhÊt. V× nh÷ng lÏ ®ã, phÐp ®o ®¬n lÎ mµ ta võathùc hiÖn ph¶i cã cïng mét ®é lÖch chuÈn nh− ®· nhËn ®− îc tõ lo¹t thÝ nghiÖm®Çu. Do ®ã ta cã thÓ kÕt luËn r»ng gi¸ trÞ thùc cña chu kú dao ®éng x 2 n»m trong

kho¶ng x2 = 2,52 ± 0,10s víi ®é tin cËy b»ng 0,68; trong kho¶ng x2 = 2,52 ±

0,20s víi ®é tin cËy b»ng 0,95 vµ trong kho¶ng x2 = 2,52 ± 0,30s víi ®é tin cËyb»ng 0,997. Trªn thùc tÕ cã rÊt nhiÒu tr− êng hîp ta chØ thùc hiÖn ®− îc phÐp ®o

duy nhÊt mét lÇn, nh− ng sai sè ngÉu nhiªn cña nh÷ng phÐp ®o t− ¬ng tù ®· ®− îckh¶o s¸t kü, khi ®ã vÉn cã thÓ biÕt ®− îc sai sè cña mét phÐp ®o ®¬n lÎ nµy.

BiÓu thøc to¸n häc cña hµm mËt ®é ph©n bè Gauss cã d¹ng:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡σ−

−πσ

=2

2

2

)Xx(exp

2

1)x(f (4)

trong ®ã X lµ gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l− îng cÇn ®o; σ lµ ®é lÖch chuÈn (mµ ta võa nãi

®Õn ë trªn); 2σ lµ ph− ¬ng sai; hµm sè f(x) gäi lµ mËt ®é ph©n bè kÕt qu¶ ®o. ýnghÜa cña hµm mËt ®é ph©n bè kÕt qu¶ ®o lµ f(x)dx b»ng x¸c suÊt ®Ó cho kÕt qu¶

®o riªng lÎ x, nÕu thùc hiÖn nhiÒu lÇn phÐp ®o ®ã, nhËn gi¸ trÞ trong kho¶ng tõ x®Õn x + dx. X¸c suÊt ®Ó kÕt qu¶ ®o r¬i vµo trong kho¶ng tõ ((X - ∆x) ÷ (X + ∆x))®− îc tÝnh theo c«ng thøc:

∫∆+

∆−

=∆xX

xX

dx)x(f )x(P (5)

3.3. Sai sè cña gi¸ trÞ trung b×nh

Ta cã thÓ gi¶m sai sè ngÉu nhiªn b»ng çch tiÕn hµnh phÐp ®o nhiÒu lÇn vµlÊy gi¸ trÞ trung b×nh x lµm kÕt qu¶ ®o. Trong phÇn tr− íc, khi nghiªn cøu vÒ sai

sè ngÉu nhiªn cña mét phÐp ®o, ta ®· xem xÐt mét tËp hîp lín çc phÐp ®o cïnglo¹i. NÕu ta tiÕn hµnh t− ¬ng tù ®èi víi phÐp ®o gi¸ trÞ trung b×nh, ta còng sÏ nhËn®− îc mét tËp hîp çc gi¸ trÞ trung b×nh cña cïng mét ®¹i l− îng. Ta gi¶ sö lµ phÐp

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




®o ®− îc thùc hiÖn 4 lÇn ®èi víi mçi gi¸ trÞ cña x. NÕu ta x©y dùng biÓu ®å ph©nbè çc gi¸ trÞ trung b×nh hoµn toµn t− ¬ng tù nh− ë trªn, ta sÏ nhËn ®− îc biÓu ®åt− ¬ng tù nh− ®èi víi phÐp ®o ®¬n lÎ, nh− ng cã ®é réng nhá h¬n, tøc lµ çc gi¸ trÞtrung b×nh sÏ ®− îc ph©n bè tËp trung gÇn gi¸ trÞ thùc X h¬n so víi khi ta tiÕnhµnh chØ mét phÐp ®o ®¬n lÎ. Lý thuyÕt x¸c suÊt cho thÊy nÕu ®Ó nhËn ®− îc mçi

gi¸ trÞ trung b×nh x ta sö dông n kÕt qu¶ ®o th× ®é lÖch chuÈn xσ liªn hÖ víi σx

(khi ta kh«ng thùc hiÖn lÊy gi¸ trÞ trung b×nh) theo biÓu thøc:

n

xx

σ=σ (6)

NÕu trong vÝ dô vÒ ®o chu kú dao ®éng cña con l¾c, ta lÊy n = 4 th× ®é lÖchchuÈn ®èi víi gi¸ trÞ trung b×nh x sÏ lµ:

s05,02

10,0

4x ==

σ=σ

HÖ thøc (6) cã ý nghÜa rÊt to lín trong lý thuyÕt vÒ sai sè. Tõ hÖ thøc nµy

ta cã thÓ thÊy: T hø nhÊt, σ lµ ®¹i l− îng cã vai trß cùc kú quan träng v× nã kh«ngnh÷ng chØ quy ®Þnh sai sè cña mçi phÐp ®o ®¬n lÎ, mµ nã cßn quyÕt ®Þnh c¶ sai sècña kÕt qu¶ ®o trung b×nh; thø hai, sai sè cña gi¸ trÞ trung b×nh nhá h¬n so víi ®é

lÖch chuÈn cña phÐp ®o ®¬n lÎ n lÇn. Nh− vËy muèn gi¶m sai sè ngÉu nhiªn 2lÇn, ta ph¶i thùc hiÖn phÐp ®o 4 lÇn vµ lÊy gi¸ trÞ trung b×nh, muèn gi¶m sai sè 3lÇn, ta ph¶i lÊy kÕt qu¶ trung b×nh cña 9 phÐp ®o... Trªn thùc tÕ, ®©y lµ gi¶i ph¸pgióp gi¶m thiÓu sai sè ngÉu nhiªn, vµ ta cÇn l− u ý r»ng ®iÒu nµy chØ ®óng víi sai

sè ngÉu nhiªn th«i. Quay trë l¹i víi vÝ dô vÒ ®o chu kú dao ®éng cña con l¾c ®¬n, nÕu ta lËp

mét b¶ng sè liÖu míi, trong ®ã mçi sè liÖu lµ trung b×nh céng cña 4 sè liÖu ®o

trong b¶ng sè liÖu lóc tr− íc vµ lËp biÓu ®å ph©n bè çc kÕt qu¶ ®o, ta sÏ nhËn®− îc biÓu ®å míi nh− trªn h×nh 3d. NÕu trªn biÓu ®å míi nµy ta ®Õm sè gi¸ trÞ

trung b×nh xi r¬i trong kho¶ng [(X - xσ ) ÷ (X + xσ )], tøc lµ trong kho¶ng (1,95

÷ 2,05s), ta sÏ ®− îc kÕt qu¶ lµ cã 68% sè lÇn kÕt qu¶ ®o trung b×nh r¬i trongkho¶ng ®· cho. Nh− vËy, çc gi¸ trÞ trung b×nh còng ®− îc ph©n bè theo ph©n bèchuÈn hay ph©n bè Gauss, vµ tÊt c¶ nh÷ng ®iÒu ta võa tr×nh bµy ë trªn ®èi víiphÐp ®o ®¬n lÎ còng ®óng víi çc kÕt qu¶ ®o trung b×nh, chØ cÇn l− u ý r»ng ph¶i

thay σ b»ng xσ .

NÕu lÊy kÕt qu¶ trung b×nh cña n phÐp ®o lµm kÕt qu¶ ®o, ta cã:)x(xx ∆±=

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




trong ®ã gi¸ trÞ )x(∆ (gäi lµ nöa ®é réng cña kho¶ng ®¸ng tin víi ®é tin cËy

P( )x(∆ ) ®· cho) ®− îc x¸c ®Þnh nh− sau:

1. Gi¶ sö ta t×m ®− îc gi¸ trÞ σ tõ mét tËp hîp çc kÕt qu¶ ®o nµo ®ã. Th«ng

sè σ thÓ hiÖn ®é lín cña sai sè ®èi víi ph− ¬ng ph¸p ®o cô thÓ nµy. Khi ®ã

sai sè ®èi víi gi¸ trÞ trung b×nh )x(∆ ®− îc thiÕt lËp tõ nh÷ng sè liÖu ®o ®·

cho lµ:

n

.k )x( σ=∆ (7)

trong ®ã n lµ sè lÇn ®o ®· thùc hiÖn ®Ó t×m gi¸ trÞ trung b×nh, k lµ hÖ sè tûlÖ phô thuéc vµo ®é tin cËy P( )x(∆ cÇn ®¶m b¶o.

2. NÕu ta kh«ng biÕt tr− íc gi¸ trÞ σ, nh− ng sè kÕt qu¶ ®o xi ®ñ nhiÒu (n >

10... 20), ta cã thÓ t×m ®− îc σ vµ xσ dùa theo çc kÕt qu¶ ®o nµy. Khi ®ã

ta cã:

)1n(n

)xx(k k )x(

n

1i

2

i

x −−

=σ=∆ ∑= (8)

3. Tr− êng hîp mµ ta kh«ng biÕt tr− íc σ, nh− ng n l¹i nhá (n ≤ 10), sÏ ®− îcxÐt riªng ë môc 3.4.Nh− vËy lµ ta ®· rót ra kÕt luËn quan träng sau: §Ó ®Æc tr− ng cho sai sè

ngÉu nhiªn, ta cÇn chØ ra hai ®¹i l− îng, ®ã lµ b¶n th©n sai sè (hay nöa ®é réng cña

kho¶ng ®¸ng tin ∆x hoÆc x∆ ), vµ ®é tin cËy P t− ¬ng øng. Th«ng th− êng, nÕu

kh«ng nãi g× thªm, ®èi víi çc phÐp ®o kü thuËt, ng − êi ta quy ®Þnh lÊy P = 0,95;

trong çc tµi liÖu khoa häc vÒ vËt lý, ng − êi ta quy ®Þnh lÊy P = 0,68 - nghÜa lµ

quy − íc trong vËt lý lÊy sai sè b»ng ®é lÖch chuÈn.

3.4. Sai sè cña kÕt qu¶ trung b×nh ®− îc x¸c ®Þnh víi sè lÇn ®o nhá

Trong thùc tÕ th− êng gÆp tr− êng hîp mµ sè lÇn ®o kh«ng lín (n ≈ 2...10).

Trong tr− êng hîp ®ã, khi tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh vµ sai sè trung b×nh x∆ , ta chØ cãmét sè Ýt kÕt qu¶ ®o. Do sè kÕt qu¶ ®o kh«ng nhiÒu, nh÷ng kÕt luËn tr×nh bµy ë

trªn kh«ng thÓ ¸p dông ®− îc, tøc lµ ta kh«ng biÕt gi¸ trÞ σ. V× thÕ, ta kh«ng thÓ södông c«ng thøc (7), vµ c«ng thøc (8). Trong tr− êng hîp sè lÇn ®o Ýt, sai sè trungb×nh tÝnh theo c«ng thøc (8) sÏ cã ®é tin cËy kh¸c so víi nh÷ng gi¸ trÞ nªu trongb¶ng 3. §èi víi sè n nhá, sai sè ®− îc x¸c ®Þnh theo mét quy luËt ph©n bè kh¸c

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






tÝnh ®− îc theo c«ng thøc (8) vµ (9) cµng lín. Ch¼ng h¹n, øng víi gi¸ trÞ P = 0,95

ta cã tû sèk

t b»ng 6,5 lÇn khi n = 2. Trong khi ®ã, nÕu n = 10, tû sè nµy xÊp xØ

b»ng 1,15. §èi víi sai sè, møc chªnh lÖch 15% lµ kh«ng ®¸ng kÓ, v× thÕ trªn thùc

tÕ cã thÓ sö dông ® − îc c«ng thøc (8) nÕu sè lÇn ®o n ≥ 10.

VÝ dô 4: Ta h·y xö lý çc kÕt qu¶ ®èi víi 4 lÇn ®o (n = 4) chu kú dao ®éngcña con l¾c theo çc sè liÖu lÊy tõ b¶ng 2 vµ ®− îc liÖt kª ë cét 1 cña b¶ng 5. Gi¸trÞ trung b×nh cña chóng lµ x = 1,98s. Theo c«ng thøc (9) ta tÝnh ®− îc nöa ®éréng cña kho¶ng ®¸ng tin lµ:

)s(086,0.t4.3

089,0tx f ,Pf ,P ==∆

B¶ng 5 x i(s) x i- x (s) (x i- x ) 2(s 2)

1,87 -0,11 0,01211,97 -0,01 0,00011,86 -0,12 0,01442,23 +0,25 0,0625

NÕu ta chän ®é tin cËy b»ng 0,95 th× theo b¶ng 4 ta t×m ®− îc t P,f = t 0,95,3 =

3,18. Tõ ®ã suy ra ∆ x = 3,18.0,086 = 0,27s. KÕt qu¶ ®o sÏ lµ X = 1,98 ± 0,27s;P = 0,95. NÕu lµm trßn sè theo quy t¾c (sÏ tr×nh bµy ë sau), ta nhËn ®− îc kÕt qu¶

cuèi cïng lµ: X = 2,0 ± 0,3s; P = 0,95.

4. Sai sè c«ng cô

Sai sè c«ng cô (th− êng gäi lµ sai sè dông cô) cña mét phÐp ®o lµ sai sè g©ybëi çc ph− ¬ng tiÖn ®o, bao gåm dông cô ®o vµ çc chuÈn ®o l− êng.

Cã nhiÒu nguyªn nh©n dÉn ®Õn sai sè dông cô. Çc nguyªn nh©n nµy cãthÓ liªn quan ®Õn cÊu t¹o cña dông cô ®o, chÊt l− îng chÕ t¹o vµ phÈm chÊt cñaçc vËt liÖu ®− îc sö dông, ®é chuÈn x¸c trong khi hiÖu chØnh dông cô, ®iÒu kiÖnsö dông cña çc dông cô v.v... Sai sè dông cô cã thÓ gåm c¶ sai sè hÖ thèng vµ saisè ngÉu nhiªn. T − ¬ng quan gi÷a hai thµnh phÇn nµy ®èi víi çc dông cô kh¸cnhau lµ kh¸c nhau vµ th− êng ®− îc ghi râ trong tµi liÖu kü thuËt ®i kÌm theo dông

cô ®o. Tuy nhiªn sai sè hÖ thèng th− êng chiÕm − u thÕ trong sai sè dông cô. CãthÓ x¸c ®Þnh ®− îc sai sè dông cô b»ng çch so s¸nh kÕt qu¶ khi sö dông dông cô®o nµy víi kÕt qu¶ khi sö dông dông cô ®o kh¸c cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n. Khi ®ã

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




ta cã thÓ thiÕt lËp ®− îc ®å thÞ (hoÆc b¶ng) cho phÐp hiÖu chØnh çc sè ®o cñadông cô ®ang sö dông. Sö dông ®å thÞ (hoÆc b¶ng) hiÖu chØnh nµy, ta cã thÓ n©ngcao h¬n ®− îc ®é chÝnh x¸c cña dông cô hiÖn cã.

Trong nhiÒu tr− êng hîp, nhµ chÕ t¹o dông cô ®o ghi râ trong tµi liÖu kü

thuËt r»ng víi ®é tin cËy ®ñ lín (P ≥ 0,95) sai sè dông cô kh«ng v− ît qu¸ mét gi¸

trÞ ∆DC nµo ®ã, gäi lµ giíi h¹n sai sè cho phÐp. Ch¼ng h¹n, mét çi th− íc cã ®é

dµi 1000mm cã ∆DC = ± 0,20mm, cã nghÜa lµ nhµ s¶n xuÊt ®¶m b¶o r»ng çc v¹ch

chia trªn th− íc ®· ®− îc kh¾c víi ®é chÝnh x¸c cao h¬n ± 0,20mm. Trªn b¶ng 6liÖt kª sai sè cña mét sè ph− ¬ng tiÖn ®o kh¸c nhau.

B¶ng 6

Tªn ph− ¬ng tiÖn ®o D¶i ®oGiíi h¹n sai sè cho

phÐp (∆DC)

Th− íc kim lo¹i cã kh¾c ®é chia1mm

0 ÷ 300 mm ± 0,10 mm

Th− íc kim lo¹i cã kh¾c ®é chia1mm

0 ÷ 1000 mm ± 0,20 mm

Th− íc kÑp cã du xÝch 0,05 mm 0 ÷ 125 mm ± 0,05 mmPan-me cã kh¾c ®é chia

0,01mm0 ÷ 25 mm ± 0,004 mm

NhiÖt kÕ thñy ng©n cã kh¾c ®é

chia 1oC0 ÷ 100 oC ± 0,1 oC

NhiÖt kÕ thñy ng©n cã kh¾c ®échia 1oC

100 ÷ 200 oC ±2 oC


200 ÷ 300 oC ±3 oC


300 ÷ 400 oC ±4 oC

Gi÷a ®é chia nhá nhÊt cña dông cô ®o vµ sai sè giíi h¹n cho phÐp ∆DC

kh«ng cã mèi liªn hÖ x¸c ®Þnh nµo. Ch¼ng h¹n, cïng víi nhiÖt kÕ thñy ng©n,nh− ng ®èi víi lo¹i cã d¶i ®o 300 ÷ 400 oC, sai sè dông cô cao h¬n gÊp 4 lÇn so víi

®é chia nhá nhÊt; ®èi víi lo¹i cã d¶i ®o 0 ÷ 100 oC, sai sè dông cô nhá h¬n 10 lÇn

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




so víi gi¸ trÞ ®é chia nhá nhÊt. V× vËy, nÕu chØ c¨n cø theo gi¸ trÞ ®é chia nhánhÊt cña dông cô ®o, ta chØ cã thÓ − íc ®o¸n mét çch ®Þnh tÝnh vÒ ®é chÝnh x¸ccña dông cô ®o mµ th«i.

Bªn c¹nh sai sè dông cô, ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o khi sö dông mét dôngcô ®o cßn bÞ ¶nh h− ëng bëi sai sè khi ®äc kÕt qu¶ trªn thang ®o. Ch¼ng h¹n, khithùc hiÖn mét sè phÐp ®o chiÒu dµi sö dông th− íc lo¹i 300mm, cã gi¸ trÞ ®é chia

nhá nhÊt 1mm, ng− êi ta lµm trßn kÕt qu¶ ®o tíi v¹ch chia gÇn nhÊt vµ nhËn ® − îcnh÷ng kÕt qña gièng nhau 22,0mm, 22,0mm,... Trong tr− êng hîp nµy sai sè lín

nhÊt khi ®äc sè ®o trªn th− íc b»ng ± 0,5 mm. Sai sè nµy lín gÊp 5 lÇn so víi sai

sè giíi h¹n cho phÐp do nhµ s¶n xuÊt ®¶m b¶o lµ ∆DC = ± 0,10mm. V× vËy ta lÊy

kÕt qu¶ ®o lµ (22,0 ± 0,5)mm.Ta h·y xÐt mét vÝ dô kh¸c nh− sau: gi¶ sö khi ®o nhiÖt ®é sö dông nhiÖt kÕ

cã d¶i ®o 300 ÷ 400 oC, ta còng lµm trßn kÕt qu¶ cho tíi v¹ch chia gÇn nhÊt trªnthang nhiÖt kÕ vµ ®− îc çc kÕt qu¶ gièng nhau lµ 347 oC. Sai sè khi ®äc kÕt qu¶

trªn thang ®o lµ ± 0,5oC, trong khi ®ã, sai sè dông cô do nhµ s¶n xuÊt c«ng bè l¹i

b»ng ±4oC. Nh− vËy ta thÊy trong tr− êng hîp nµy sai sè cña phÐp ®o hÇu nh−

hoµn toµn x¸c ®Þnh bëi sai sè dông cô vµ kÕt qu¶ cuèi cïng sÏ lµ t = (347 ± 4)oC.

Çch tÝnh sai sè trong tr − êng hîp biÕt c¶ sai sè c«ng cô vµ sai sè ngÉu nhiªn

Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn, sai sè cña mét phÐp ®o bao gåm c¶ sai sè dông côvµ sai sè ngÉu nhiªn. VËy lµm thÕ nµo ®Ó tÝnh ®− îc sai sè tæng céng g©y bëi c¶hai lo¹i sai sè nãi trªn? Theo lý thuyÕt sai sè, trong tr− êng hîp nµy cã thÓ tÝnh saisè tæng céng theo c«ng thøc sau:

2DC2

3 σ+∆

=σΣ (10)

NÕu phÐp ®o ®− îc tiÕn hµnh nhiÒu lÇn, trong c«ng thøc (10) ta ph¶i lÊy gi¸

trÞ σ x thay cho σ.

NÕu mét trong hai ®¹i l− îng ∆DC hoÆc σ lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ®¹i l− îngkia, trong c«ng thøc (10) ta cã thÓ bá qua ®¹i l− îng nhá h¬n. Trong kü thuËtng− êi ta quy − íc nh− sau:

NÕu sai sè ngÉu nhiªn σ (hay σ x ) nhá h¬n8

DC∆ th× cã thÓ xem nh− sai sè

ngÉu nhiªn lµ rÊt nhá so víi sai sè dông cô vµ cã thÓ bá qua. NÕu sai sè dông cô

∆ DC tháa m·n ®iÒu kiÖn ∆ DC < 0,8σ (hoÆc ∆ DC< 0,8σ) th× cã thÓ xem nh− sai sè

dông cô lµ rÊt nhá vµ cã thÓ bá qua.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




5. Sai sè cña phÐp ®o gi¸n tiÕp

Nh÷ng ®iÒu tr×nh bµy ë trªn chØ ¸p dông cho phÐp ®o trùc tiÕp. §èi víi métphÐp ®o gi¸n tiÕp ta ph¶i x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o dùa trªn çc sai sè cña çc®¹i l− îng ®o trùc tiÕp.

5.1. Gi¶ sö ta cã Z = f(x) lµ hµm mét biÕn. NÕu kÕt qu¶ ®o trùc tiÕp cho ta x = xTN

± ∆x, th× ta cã Z = f(xTN) vµ sai sè cña phÐp ®o gi¸n tiÕp lµ:

∆z = ⎮f(xTN + ∆x) - f(xTN)⎮ (11)

VÝ dô, ®o c¹nh cña mét h×nh vu«ng ®− îc kÕt qu¶ x = 100 ± 1mm. DiÖn

tÝch cña h×nh vu«ng ®ã b»ng S = x2 = 10000mm2. Sai sè cña diÖn tÝch lµ ∆S =

⎮(100 + 1)2 - (100)2⎮ ≈ 200mm2. VËy kÕt qu¶ cuèi cïng lµ:

S = 10000 ± 200mm2

Th«ng th− êng sai sè ∆x nhá, do ®ã ta cã thÓ viÕt c«ng thøc gÇn ®óng ®Ó

tÝnh ∆z nh− sau:

xdxdf z ∆=∆ (12)

§èi víi phÐp ®o diÖn tÝch cña h×nh vu«ng, ta ®− îc:

)mm(2001.100.1x.x2xdx

dSS 2==∆=∆=∆

§¹i l− îng ∆S cã ®é lín ®óng b»ng diÖn tÝch cña phÇn g¹ch chÐo trªn h×nh 4.

NÕu Z = xm, ta dÔ dµng tÝnh ®− îc: x.x.mz 1m ∆=∆ − vµx

xm

z

z ∆=

∆, nghÜa lµ

sai sè t− ¬ng ®èi cña ®¹i l− îng z lín h¬n m lÇn so víi sai sè t− ¬ng ®èi cña ®¹il− îng x.

VÝ dô, nÕu ®o ®− îc b¸n kÝnh r cña mét h×nh cÇu, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®− îc

thÓ tÝch cña nã theo c«ng thøc: 3r 3

4V π= . DÔ dµng tÝnh ®− îc sai sè t− ¬ng ®èi cña

x

x

∆x

H×nh 4

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




V theo c«ng thøcr

r .3

V

V ∆=

∆; nghÜa lµ sai sè t− ¬ng ®èi cña V lín gÊp 3 lÇn sai sè

t− ¬ng ®èi cña r.5.2. B©y giê gi¶ sö ®¹i l− îng cÇn ®o Z lµ tæng (hoÆc hiÖu) cña hai ®¹i l− îng x vµ

vµ y; çc sai sè t− ¬ng øng lµ ∆x, ∆y vµ ∆z. Gi¶ sö x vµ y lµ nh÷ng ®¹i l− îng ®éclËp, tøc lµ kÕt qu¶ ®o cña y kh«ng phô thuéc vµo kÕt qu¶ ®o cña x vµ ng− îc l¹i.

Khi ®ã ta cã quy t¾c tÝnh sai sè ∆z nh− sau:222

)y()x()z( ∆+∆=∆ suy ra 22 )y()x(z ∆+∆=∆ (13)

Nh− vËy ta thÊy trong tr− êng hîp nµy sai sè ∆z b»ng c¨n bËc hai cña tæng22

)y()x( ∆+∆ chø kh«ng ph¶i b»ng tæng çc sai sè ∆ x , ∆ y. Râ rµng, sai sè ∆z tÝnh

theo c«ng thøc (13) nhá h¬n so víi tæng yx ∆+∆ .

T − ¬ng tù, nÕu Z lµ tæng hoÆc hiÖu cña mét sè ®¹i l− îng x 1, x 2,..x n, th× quy

t¾c tÝnh sai sè ∆z nh− sau:2

n

2

2

2

1 )x(...)x()x(z ∆++∆+∆=∆ (14)

Tõ c«ng thøc (14) ta rót ra nhËn xÐt quan träng sau vÒ vai trß cña mçi saisè ®èi víi sai sè tæng céng cña kÕt qu¶ ®o: Ta gi¶ sö Z =x1+x2, trong ®ã çc sai sè

∆x1 = 3, ∆x2= 1. Khi ®ã ¸p dông c«ng thøc (14) ta thu ®− îc kÕt qu¶:

1

22x05,116,3)1()3(z ∆==+=∆ . Nh− vËy, ta thÊy khi mét trong hai sai sè lín gÊp

ba lÇn sai sè cßn l¹i, nÕu kÓ thªm c¶ sai sè nhá h¬n th× sai sè tæng céng t¨ng thªmchØ cã 5%, coi nh− kh«ng ®¸ng kÓ. NÕu sè l− îng ®¹i l− îng ®éc lËp t¨ng lªn, kÕtqu¶ nµy hÇu nh− kh«ng thay ®æi.

VÝ dô: 1

22222 x2,16,3)1()1()1()1()3(z ∆==++++=∆ . Tõ ®ã suy ra, muèn

t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o ®¹i l− îng Z , tr− íc hÕt ta ph¶i x¸c ®Þnh sai sè nµocã gi¸ trÞ lín nhÊt vµ t×m çch gi¶m sai sè ®ã. Trong vÝ dô cô thÓ nµy, sai sè ∆x1 cã gi¸ trÞ lín nhÊt, muèn n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o Z, tr− íc hÕt ta ph¶in©ng cao ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o x1.

C«ng thøc tæng qu¸t tÝnh sai sè cña phÐp ®o gi¸n tiÕp: Gi¶ sö ta cã Z = f(x1, x2,...,xn), trong ®ã xi lµ nh÷ng biÕn ®éc lËp (cã nghÜa

lµ sai sè cña çc ®¹i l− îng xi ¶nh h− ëng ®èi víi sai sè cña Z mét çch hoµn toµn®éc lËp). Khi ®ã c«ng thøc tÝnh sai sè phÐp ®o gi¸n tiÕp ®¹i l− îng Z cã d¹ng:

2

nn

2

22

2

11 )xx

f

(...)xx

f

()xx

f

(z ∆∂

∂

++∆∂

∂

+∆∂

∂

=∆ (15)

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




trong ®ãix

f

∂∂

lµ ®¹o hµm riªng cña f theo xi t¹i ®iÓm ®o xi =xiTN. §¹i l− îng

i

i

x xx

f z ∆

∂∂

=∆ gäi lµ thµnh phÇn sai sè cña phÐp ®o Z g©y bëi sai sè cña phÐp ®o

®¹i l− îng x i. Trong b¶ng 7 liÖt kª mét sè c«ng thøc th− êng gÆp khi tÝnh sai sè çc

phÐp ®o gi¸n tiÕp.

B¶ng 7Mét sè c«ng thøc tÝnh sai sè gi¸n tiÕp

STT Hµm sè C«ng thøc tÝnh sai sè

1 Z = x ± y 22 )y()x(z ∆+∆=∆

2 x.CZ = (C=cosnt) xCz ∆=∆

3 xlnz = x

xz ∆=∆

4 xyZ = hoÆcyxZ = 22 )

yy()

xx(

zz ∆+∆=∆

5 mxZ = xmxz 1m ∆=∆ − ;

x

xm

z

z ∆=

∆

6. Quy t¾c lµm trßn sè ®èi víi kÕt qu¶ ®o

B¶n th©n sai sè l¹i ®− îc x¸c ®Þnh víi mét sai sè nµo ®ã. “Sai sè cña sai sè”nµy th− êng kh¸ lín nªn ng− êi ta quy − íc khi viÕt sai sè trong kÕt qu¶ cuèi cïng

chØ gi÷ l¹i mét ®Õn hai ch÷ sè cã nghÜa. Cô thÓ, nÕu ch÷ sè cã nghÜa bËc cao

nhÊt cña sai sè cã gi¸ trÞ lín h¬n hoÆc b»ng 2, khi lµm trßn ta chØ gi÷ l¹i mét ch÷sè cã nghÜa. Khi ch÷ sè cã nghÜa bËc cao nhÊt cã gi¸ trÞ b»ng 1 th× khi lµm trßn tagi÷ l¹i hai ch÷ sè cã nghÜa.

Quy t¾c lµm trßn nh− sau: NÕu ch÷ sè bá ®i ®Çu tiªn nhá h¬n 5, th× ch÷ sèliÒn kÒ bªn tr¸i cña phÇn bá ®i gi÷ nguyªn; nÕu ch÷ sè bá ®i ®Çu tiªn lín h¬n 5,ch÷ sè liÒn kÒ bªn tr¸i cña phÇn bá ®i t¨ng thªm mét ®¬n vÞ; nÕu ch÷ sè bá ®i ®Çutiªn b»ng 5, ch÷ sè liÒn kÒ bªn tr¸i sÏ gi÷ nguyªn nÕu lµ sè ch½n, t¨ng thªm 1 nÕulµ sè lÎ. B¶ng 8 d− íi ®©y liÖt kª mét sè vÝ dô vÒ lµm trßn sè ®Õn hµng chôc ®Óminh ho¹ cho çc quy t¾c võa nªu.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




B¶ng 8Mét sè tr− êng hîp lµm trßn ®iÓn h×nh

STT Tr− íc khi lµm trßn Sau khi lµm trßn Gi¶i thÝch

1 734,7 730 4,7 < 52 736 740 6 > 53 735,0 740 3 lµ sè lÎ4 745,0 740 4 lµ sè ch½n5 745,1 750 5,1 > 5

VÝ dô 5: Gi¶ sö ta nhËn ®− îc kÕt qu¶ ®o chiÒu dµi l = 67132 ± 4651m víi®é tin cËy P = 0,95. Çch viÕt sai sè nh− vËy lµ kh«ng ®óng, v× trong tr− êng hîpnµy trong sai sè chØ nªn gi÷ l¹i mét ch÷ sè cã nghÜa. VËy çch viÕt ®óng lµ: l =

(6,7 ± 0,5).10 4m, P = 0,95.

7. PhÇn thùc hµnh

X¸c ®Þnh chu kú dao ®éng cña mét con l¾c

Môc ®Ých cña thÝ nghiÖm: Trªn c¬ së tiÕn hµnh phÐp ®o chu kú dao ®éngcña mét con l¾c cã chiÒu dµi thay ®æi, n¾m ®− îc ph− ¬ng ph¸p xö lý sè liÖu thùcnghiÖm vµ ®¸nh gi¸ sai sè cña phÐp ®o trong mét sè tr− êng hîp ®iÓn h×nh.

7.1. Çc dông cô cÇn dïng

- Con l¾c cã chiÒu dµi thay ®æi ®− îc.

- §ång hå bÊm gi©y hiÖn sè.

7.2. Çc b− íc tiÕn hµnh

1. Lùa chän chiÒu dµi cña con l¾c sao cho chu kú dao ®éng cña nã n»m

trong kho¶ng 1,3 ÷ 1,5s. Ta gäi ®©y lµ con l¾c sè 1.2. §o chu kú dao ®éng cña con l¾c nµy. Çch lµm nh− sau: KÐo con l¾c

lÖch ra khái vÞ trÝ c©n b»ng mét gãc nhá, kho¶ng 10 ÷ 20 ®é. Th¶ nhÑ con l¾c chonã dao ®éng. Sau khi con l¾c thùc hiÖn ®− îc vµi dao ®éng, ta chê ®óng thêi ®iÓmcon l¾c ®¹t vÞ trÝ cao nhÊt vµ bÊm cho ®ång hå bÊm gi©y ho¹t ®éng. Khi con l¾c

quay trë l¹i ®óng vÞ trÝ cao nhÊt ®ã, ta bÊm cho ®ång hå dõng. Kho¶ng thêi gian®o ®− îc chÝnh lµ chu kú dao ®éng cña con l¾c.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó ý: Th«ng th− êng, do chu kú dao ®éng cña con l¾c kh«ng thay ®æi

trong qu¸ tr×nh dao ®éng, ®èi víi con l¾c ng − êi ta kh«ng ®o chu kú dao ®éng theo

ph− ¬ng ph¸p võa m« t¶, mµ ®o kho¶ng thêi gian t mµ con l¾c thùc hiÖn ® − îc N

dao ®éng toµn phÇn råi x¸c ®Þnh chu kú dao ®éng cña con l¾c b»ng tû sè (t/N).

Tuy nhiªn trong bµi nµy ta chñ ý kh«ng ¸p dông ph− ¬ng ph¸p nµy, mµ chØ sö

dông con l¾c nh− mét ®èi tuîng ®Ó thùc hµnh çc tÝnh to¸n vÒ sai sè ®èi víi mét

phÐp ®o th«ng th− êng, tøc lµ ta kh«ng quan t©m ®Õn viÖc tËn dông tÝnh bÊt biÕn

cña chu kú dao ®éng cña con l¾c ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. 3. LÆp l¹i çc phÐp ®o nh− trªn 50 lÇn. Sè liÖu nhËn ®− îc ghi vµo b¶ng 9.

B¶ng 9i xi (xi - x ) (xi - x )2

123...

...

...50

x = Σ =

4. Gi¶m chiÒu dµi cña con l¾c ®i kho¶ng 5mm. Ta gäi con l¾c nµy lµ con

l¾c sè 2. 5. Thùc hiÖn mét lÇn phÐp ®o chu kú dao ®éng cña con l¾c. KÕt qu¶ thu

®− îc ghi vµo b¶ng 10 cã cÊu tróc t− ¬ng tù nh− b¶ng 9.

6. Gi¶m chiÒu dµi cña con l¾c thªm kho¶ng 5mm n÷a. Ta gäi ®©y lµ conl¾c sè 3. Sau ®ã thùc hiÖn phÐp ®o chu kú dao ®éng nh− m« t¶ ë trªn 4 lÇn råi ghiçc kÕt qu¶ ®o vµo b¶ng 11 cã cÊu tróc gièng nh− b¶ng 9.

7. L¹i gi¶m tiÕp chiÒu dµi cña con l¾c thªm 5 mm n÷a, ta gäi con l¾c nµy

lµ con l¾c sè 4. Ta tiÕn hµnh ®o chu kú dao ®éng cña con l¾c nµy nh− ®· m« t¶ 12lÇn. Çc kÕt qu¶ ®o ghi vµo b¶ng 12 cã cÊu tróc t− ¬ng tù nh− b¶ng 9.

7.3. Xö lý çc kÕt qu¶ ®o

§Ó thùc hµnh nh÷ng kiÕn thøc ®· tr×nh bµy trong phÇn lý thuyÕt, yªu cÇu

thùc hiÖn mét sè bµi tËp nh− sau:

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Bµi tËp 1: X©y dùng biÓu ®å ®èi víi 50 kÕt qu¶ ®o chu kú dao ®éng cñacon l¾c sè 1. Ph− ¬ng ph¸p tiÕn hµnh tham kh¶o vÝ dô sau:

VÝ dô 6: Gi¶ sö sau thÝ nghiÖm ta nhËn ®− îc çc kÕt qu¶ nh− sau: xi =1,38; 1,27; 1,36; 1,47; 1,32; 1,22… D¶i biÕn thiªn cña sè liÖu thùc nghiÖm n»m

trong kho¶ng (1,22 ÷ 1,47).Trªn giÊy kÎ milimÐt ta dùng hÖ trôc to¹ ®é: trôc hoµnh lµ trôc chu kú x,

cßn trôc tung lµ trôc biÓu diÔn sè lÇn kÕt qu¶ ®o r¬i vµo mét kho¶ng cho tr− íc.Víi nh÷ng kÕt qu¶ ®o võa nªu, ta nªn chia trôc hoµnh sao cho nã bao gåm çc gi¸trÞ tr¶i tõ 1,20 ®Õn 1,50. Sau ®ã ta ph©n kho¶ng gi¸ trÞ nµy thµnh nh÷ng kho¶ngnhá h¬n b»ng 0,05 gi©y, nh− vËy ta sÏ ®¸nh dÊu ®− îc trªn trôc hoµnh çc gi¸ trÞ1,20; 1,25; 1,30; 1,35; 1,40; 1,45; 1,50 (s). Ta quy − íc biÓu diÔn trªn trôc tung sèlÇn kÕt qu¶ thùc nghiÖm nhËn kÕt qu¶ n»m trong nh÷ng kho¶ng ®· chia, sao chomçi milimÐt trªn trôc tung t− ¬ng øng víi sè lÇn b»ng 1. Sau ®ã ta ®Õm xem trong

sè 50 kÕt qu¶ ®o ®· cã bao nhiªu kÕt qu¶ n»m lÇn l− ît trong çc kho¶ng (1,20 ÷

1,25); (1,25 ÷ 1,30);… (1,45 ÷ 1,50) vµ vÏ biÓu ®å ph©n bè çc kÕt qu¶ thùc

nghiÖm nh− trªn h×nh vÏ 3. Trong tr− êng hîp nÕu kÕt qu¶ ®o r¬i vµo ®óng biªnph©n çch cña hai kho¶ng liÒn kÒ (vÝ dô: 1,25; 1,30…) th× sè kÕt qu¶ ®ã ®− îc chia®«i vµ ph©n cho mçi kho¶ng liÒn kÒ ®ã mét nöa sè lÇn.

Bµi tËp 2: TÝnh ®é lÖch chuÈn σ theo kÕt qu¶ cña 50 lÇn ®o chu kú dao®éng cña con l¾c sè 1. Çc b− íc tiÕn hµnh nh− sau:

1. TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh x theo c«ng thøc (2) ®èi víi 50 kÕt qu¶ ®o thùchiÖn cho con l¾c sè 1 vµ ®¸nh dÊu gi¸ trÞ x trªn trôc hoµnh cña biÓu ®å ph©n bèkÕt qu¶ ®o võa dùng ®− îc.

2. TÝnh çc gi¸ trÞ (xi - x ) vµ (xi - x )2 vµ ghi çc kÕt qu¶ vµo b¶ng 9.

3. TÝnh ®é lÖch chuÈn σ theo c«ng thøc (3).4. §¸nh dÊu b»ng çch g¹ch chÐo trªn biÓu ®å võa vÏ miÒn mµ x nhËn gi¸

trÞ tõ ( x - σ) ®Õn ( x + σ). TÝnh xem cã tÊt c¶ bao nhiªu lÇn kÕt qu¶ ®o r¬i vµokho¶ng ®· cho vµ t×m tû sè giòa sè lÇn ®ã vµ tæng sè lÇn ®o ®· tiÕn hµnh (trongtr− êng hîp nµy tæng sè b»ng 50). So s¸nh tû sè ®ã víi gi¸ trÞ lý thuyÕt tÝnh choph©n bè Gauss (P = 68%).

5. Trªn c¬ së çc kÕt qu¶ ®o trong b¶ng 9, tÝnh to¸n cho ®é lÖch chuÈn

trung b×nh σ ®èi víi x vµ n = 50. TÝnh nöa ®é réng cña kho¶ng ®¸ng tin ∆x =

2σ x (víi ®é tin cËy P = 0,95). ViÕt kÕt qu¶ cuèi cïng (sau khi ®· lµm trßn sè)

d− íi d¹ng X = x ± ∆ x ; P = 0,95. TÝnh sai sè t− ¬ng ®èi (%)xx100∆=δ .

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM






2. Dùa theo c«ng thøc (3) x¸c ®Þnh nöa ®é réng cña kho¶ng ®¸ng tin víix¸c suÊt P = 0,95 vµ P = 0,68, sè liÖu vÒ k lÊy trong b¶ng 3.

3. Sau khi lµm trßn sè, biÓu diÔn kÕt qu¶ ®o víi n = 12 d − íi d¹ng X = x ±

∆ x víi P = 0,95 vµ P = 0,68. Ghi kÕt qu¶ nhËn ®− îc vµo b¶ng 13.

B¶ng 13

STT Con l¾c sèSè lÇn ®o

nPh©n lo¹i n

KÕt qu¶ ®ochu kú dao

®éngP

1 3 4 Nhá 0,952 4 12 Lín 0,953 4 12 Lín 0,68

Bµi tËp 5: Ph©n tÝch çc kÕt qu¶ thùc nghiÖm, rót ra nhËn xÐt vÒ nh÷ngvÊn ®Ò sau:

a. Sai sè cña phÐp ®o thay ®æi nh− thÕ nµo khi n t¨ng?b. §èi víi con l¾c sè 3, so s¸nh çc sai sè t×m ®− îc theo hai ph− ¬ng ph¸p

kh¸c nhau.

7.4. C©u hái kiÓm tra

1. Sai sè tuyÖt ®èi lµ g×? Sai sè t− ¬ng ®èi lµ g×? Sai sè hÖ thèng lµ g×? Saisè ngÉu nhiªn lµ g×?

2. §é lÖch chuÈn lµ g×? Kho¶ng ®¸ng tin lµ g×?3. Nªu çc tÝnh chÊt c¬ b¶n cña ph©n bè chuÈn ®èi víi çc kÕt qu¶ ®o.

4. Ng− êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®− îc sai sè ngÉu nhiªn cña gi¸ trÞ trung b×nhdùa theo çc kÕt qu¶ thùc nghiÖm nh− thÕ nµo?

5. Ng− êi ta x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o gi¸n tiÕp nh− thÕ nµo?

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 3 : Giíi thiÖu vÒ çc dông cô ®o ®iÖn

Trong qu¸ tr×nh lµm çc bµi thÝ nghiÖm, ta th− êng ph¶i sö dông çc dôngcô ®o ®iÖn (nh− v«nkÕ, ampekÕ...), nhÊt lµ thÝ nghiÖm phÇn ®iÖn - tõ. Sau ®©y lµm« t¶ nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña mét sè dông cô ®o ®iÖn th− êng dïng.

1. Giíi thiÖu chung

Ng− êi ta ph©n çc dông cô ®o ®iÖn ra lµm hai lo¹i: lo¹i ®o trùc tiÕp vµ lo¹i®o so s¸nh.

M¸y ®o lo¹i trùc tiÕp cho ta trùc tiÕp gi¸ trÞ cña ®¹i l− îng cÇn ®o (thÝ dôdïng ampe kÕ ®Ó ®o c− êng ®é dßng ®iÖn...)

Trong m¸y ®o lo¹i so s¸nh ®¹i l− îng cÇn ®o ®− îc x¸c ®Þnh qua viÖc sos¸nh nã víi ®¹i l− îng tiªu chuÈn. M¸y ®o lo¹i nµy cã ®é nh¹y vµ ®é chÝnh x¸ccao, tuy nhiªn do gi¸ thµnh cao vµ sö dông phøc t¹p nªn th«ng th− êng ng− êi ta

hay sö dông m¸y ®o kiÓu trùc tiÕp h¬n.Ng− êi ta quy − íc çch ký hiÖu tªn mét sè dông cô ®o th«ng dông nh− trªn

b¶ng 1. Mét sè ký hiÖu th− êng ®− îc in trªn çc dông cô ®o vµ ý nghÜa cña chóng®− îc liÖt kª trong b¶ng 2.

2. S¬ l− îc vÒ çc lo¹i m¸y ®o ®iÖn

Dùa trªn nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng m¸y ®o ®iÖn ®− îc chia thµnh çcnhãm d− íi ®©y.

2.1. M¸y ®o kiÓu tõ ®iÖn

M¸y ®o kiÓu nµy cã cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng dùa trªn hiÖn t− îng quay cñakhung d©y dÉn kÝn cã dßng ®iÖn khi ®Æt nã vµo trong tõ tr− êng cña mét namch©m vÜnh cöu.

Kim cña m¸y ®o ®− îc g¾n liÒn víi khung (d− íi d¹ng lß xo). D− íi t¸c dôngcña m«men lùc tõ lß xo xo¾n d− íi mét gãc nµo ®ã lµm kim quay. Khi m«menph¶n kh¸ng cña lß xo c©n b»ng víi m«men lùc tõ th× kim sÏ ®øng yªn.

M¸y ®o lo¹i nµy cã nh÷ng − u ®iÓm chÝnh sau:- §é nh¹y vµ ®é chÝnh x¸c cao, thang chia ®é ®Òu, chØ sè æn ®Þnh nhanh,

kh«ng bÞ ¶nh h− ëng cña tõ tr− êng bªn ngoµi.- N¨ng l− îng tiªu hao nhá.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




- §é bÒn cao.Tuy nhiªn m¸y ®o lo¹i nµy cã nh− îc ®iÓm lµ chØ ®o ®− îc dßng ®iÖn mét

chiÒu.M¸y ®o kiÓu tõ ®iÖn th− êng dïng lµ: ®iÖn kÕ, ampe kÕ hay v«nkÕ ®o dßng

mét chiÒu.

B¶ng 1§¹i l− îng ®o Tªn dông cô Qui − íc

AmpekÕ AMiliampekÕ mADßng ®iÖnMicr«ampekÕ µAV«nkÕ V

HiÖu ®iÖn thÕMiliv«nkÕ mV

o¸tkÕ WC«ng suÊt

Kil«o¸tkÕ KWTÇn sè TÇn sè kÕ (hay hÐckÕ) Hz

§iÖn trë ¤mkÕ Ω

B¶ng 2KÝ hiÖu ý nghÜa

Dßng ®iÖn mét chiÒu

∼ Dßng ®iÖn xoay chiÒu

∼ Dßng ®iÖn xoay chiÒu vµ mét chiÒu.

Dông cô ®Æt ®øng

Dông cô ®Æt nghiªng gãc α Dông cô ®Æt n»m ngang§iÖn thÕ thÝ nghiÖm ®èi víi vËt çch ®iÖn cñadông cô 2KV (2000V)M¸y ®o kiÓu tõ ®iÖn

M¸y ®o kiÓu ®iÖn tõ

M¸y ®o kiÓu ®iÖn ®éng

M¸y ®o kiÓu nhiÖt ®iÖn

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




2.2. M¸y ®o kiÓu ®iÖn tõ

M¸y ®o lo¹i nµy ®− îc chÕ t¹o dùa trªn hiÖn t− îng s¾t tõ bÞ hót vµo miÒn tõtr− êng m¹nh.

Kim cña m¸y ®o ®− îc g¾n vµo mét trôc cña cuén d©y, trªn trôc ®ã cã ®ÝnhlÖch t©m mét phiÕn s¾t non. D− íi t¸c dông cña tõ tr− êng phiÕn s¾t non sÏ bÞ hótvµo lßng èng d©y vµ lµm cho trôc quay, lß xo bÞ xo¾n l¹i vµ kim quay.

M¸y ®o lo¹i nµy cã − u ®iÓm lµ ®o ®− îc c¶ dßng mét chiÒu lÉn xoay chiÒu,chÞu t¶i tèt. Tuy nhiªn nã cã mét sè nh− îc ®iÓm sau:

DÔ bÞ ¶nh h− ëng cña tõ tr− êng bªn ngoµi.Tiªu hao c«ng suÊt lín.Mét sè m¸y ®o thuéc lo¹i nµy th− êng dïng lµ:AmpekÕ, V«nkÕ dßng xoay chiÒu vµ mét chiÒu.

2.3. M¸y ®o kiÓu ®iÖn ®éng

Ho¹t ®éng cña m¸y nµy dùa trªn hiÖn t− îng t¸c dông t− ¬ng hç gi÷a hai

d©y dÉn cã dßng ®iÖn ch¹y qua.M¸y gåm hai cuén d©y: cuèn cè ®Þnh vµ cuén ®éng, kim ®o g¾n víi cuén

®éng. Khi ®o dßng ®iÖn ch¹y qua hai cuén th× cuén ®éng sÏ quay, lµm cho kim®o quay theo.

M¸y ®o kiÓu ®iÖn ®éng cã − u ®iÓm lµ cã thÓ dïng cho dßng ®iÖn xoaychiÒu. Tuy nhiªn nã cã hai nh− îc ®iÓm lín:

- DÔ bÞ ¶nh h− ëng cña tõ tr− êng bªn ngoµi.- Tiªu hao nhiÒu n¨ng l− îng (trªn çc cuén d©y).M¸y ®o lo¹i nµy th− êng dïng lµ: ampe kÕ, v«nkÕ xoay chiÒu, pha kÕ, tÇn

sè kÕ.

3. Çch sö dông çc m¸y ®o th«ng dông

3.1. AmpekÕ (hoÆc miliampekÕ)

§Ó ®o dßng ®iÖn b»ng AmpekÕ, ng− êi ta m¾c nã vµo m¹ch theo s¬ ®å sau:

V× toµn bé dßng ®iÖn ®i qua AmpekÕ nªn ®iÖn trë trong cña nã ph¶i rÊtnhá ®Ó ®é sôt thÕ trªn dông cô kh«ng ¶nh h− ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o.

A

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




§Ó cã thÓ ®o nh÷ng dßng ®iÖn cã c− êng ®é thÓ lín h¬n (më réng thang ®ocña AmpekÕ) ng− êi ta m¾c s¬n (cã ®iÖn trë nhá) song song víi AmpekÕ theo s¬®å sau:

DÔ dµng tÝnh ®− îc dßng ®iÖn qua AmpekÕ:

n1

IIa += trong ®ã

g

a

R

R n =

Rg - ®iÖn trë cña s¬nRa - ®iÖn trë cña AmpekÕTøc lµ thang ®o cña AmpekÕ ®− îc t¨ng (n + 1) lÇn.

Çch tÝnh kÕt qu¶ ®o trªn AmpekÕ nh− sau:NÕu dïng thang ®o cã N v¹ch chia th× gi¸ trÞ c− êng ®é dßng ®iÖn øng víi

v¹ch cuèi cïng lµ gi¸ trÞ lín nhÊt mµ AmpekÕ ®o ®− îc: I max. NÕu kim AmpekÕchØ n v¹ch th× dßng ®iÖn cã c− êng ®é:

maxI N

nI =

ThÝ dô: Dïng thang ®o víi Imax = 5A, thang ®o cã 100 v¹ch. NÕu kimAmpekÕ chØ 30 v¹ch th× c− êng ®é cña dßng ®iÖn lµ:

A5,1A5.

100

30I ==

3.2. V«nkÕ

V«nkÕ dïng ®Ó ®o hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu cña mét ®o¹n m¹ch. V«nkÕ®− îc m¾c vµo m¹ch ®iÖn theo s¬ ®å sau:

V

R

I

Is

Ia

A

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




§Ó phÐp ®o ®− îc chÝnh x¸c V«nkÕ ph¶i cã ®iÖn trë rÊt lín ®Ó c− êng ®édßng ®iÖn qua nã cã thÓ bá qua. Ng− êi ta më réng thang ®o b»ng çch m¾c thªmmét ®iÖn trë phô nèi tiÕp V«nkÕ.

Gièng nh− AmpekÕ, gi¸ trÞ Um øng víi v¹ch cuèi cïng cña thang ®o cã Nv¹ch lµ gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ lín nhÊt mµ V«nkÕ cã thÓ ®o ®− îc. NÕu kim cñaV«nkÕ chØ n v¹ch th× hiÖu ®iÖn thÕ ®o cã ®é lín:

)V(n N

UU m=

3.3. §iÖn kÕ g− ¬ng quay (®iÖn kÕ xung kÝch)

§©y lµ lo¹i dông cô kiÓu tõ ®iÖn dïng ®Ó ®o ®iÖn l− îng chuyÓn dêi quamét khung d©y trong mét thêi gian rÊt ng¾n (xung ®iÖn).

CÊu t¹o cña ®iÖn kÕ xung kÝch ®− îc tr×nh bµy trªn h×nh vÏ.Trong tõ tr− êng cña mét nam ch©m vÜnh cöu N - S ng− êi ta treo mét

khung d©y trªn mét sîi d©y m¶nh ®µn håi. Trªn trôc quay cña khung g− ¬ng cãg¾n mét g− ¬ng nhá. Çch g− ¬ng mét ®o¹n cã ®Ìn chiÕu S vµ mµn høng cong, trªn

cã chia ®é ®Õn mm.

Khi cã mét ®iÖn l− îng Q chuyÓn dêi qua khung, d− íi t¸c dông cña lùc

®iÖn tõ, khung (vµ g¾n liÒn víi nã lµ g− ¬ng) quay ®i gãc α. VÖt s¸ng chiÕu tõ ®Ìn

sau khi ph¶n x¹ trªn g− ¬ng sÏ lÖch theo mét gãc ®óng b»ng α, tû lÖ thuËn víi Q:a = KQ

Trong ®ã: K lµ hÖ sè tû lÖ, phô thuéc vµo cÊu t¹o cña ®iÖn kÕ.Th«ng th− êng ng− êi ta x¸c ®Þnh ®iÖn l− îng Q trùc tiÕp qua ®é lÖch cña vÖts¸ng trªn mµn høng.

N

S

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




NÕu gäi n lµ sè v¹ch lÖch cña vÖt s¸ng khi cã ®iÖn l− îng Q phãng quakhung d©y, th×:

n = aQTrong ®ã a lµ hÖ sè tû lÖ.HiÖn nay çc ®ång hå ®o ®− îc sö dông t¹i phßng thÝ nghiÖm hÇu hÕt lµ

®ång hå v¹n n¨ng hiÖn sè. Gi¸ trÞ cña ®¹i l− îng cÇn ®o hiÖn lªn mµn h×nh sau khi

®· chän thang ®o thÝch hîp.

3.4. §ång hå v¹n n¨ng hiÖn sè 9004

3.4.1. Chøc n¨ng

- §o hiÖu ®iÖn thÕ mét chiÒu (DC) vµ xoay chiÒu (AC) d− íi 600V.- §o c− êng ®é dßng ®iÖn mét chiÒu (DC) vµ xoay chiÒu (AC) - 15A.

3.4.2. CÊu t¹o

a- Mµn chØ thÞ gi¸ trÞ.b- Nóm ®iÒu chØnh thang ®o.

c- æ c¾m ®Ó ®o dßng ®iÖn d− íi 15A.d- æ c¾m ®Ó ®o thÕ, dßng vµ ®iÖn trë.e- æ c¾m ®Ó ®o thÕ, ®iÖn trë vµ dßng d− íi 200 mA.f- Hép ®ùng pin.

3.4.3. Chó ý

- Kh«ng ®o thÕ (mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu) trªn 600V.- Kh«ng ®o dßng ®iÖn cña nguån ®iÖn cã thÕ hiÖu dông lín h¬n 240V.- Kh«ng ®o dßng ®iÖn lín h¬n 15A.- Dßng tõ 10A ®Õn 15A chØ ®o trong thêi gian tèi ®a 15s.

- Khi ®o dßng ®iÖn ch−

a biÕt ®é lín ph¶i lÊy thang ®o 15A råi gi¶m dÇn.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 4 : Giíi thiÖu vÒ nguån s¸ng lade

Tia lade lµ mét bøc x¹ ®iÖn tõ cã ®é ®¬n s¾c cao, cã c− êng ®é lín, cã tÝnh

kÕt hîp vµ ®Þnh h− íng cao. Dông cô ph¸t ra tia lade gäi lµ nguån s¸ng lade, hay

®¬n gi¶n lµ laser. Laser lµ viÕt t¾t cña côm tõ tiÕng Anh “Light Amplification by

Stimulaled Emisson of Radiation” cã nghÜa lµ “KhuÕch ®¹i ¸nh s¸ng b»ng ph¸t x¹c¶m øng”. Ta h·y t×m hiÓu vÒ nguyªn lÝ ho¹t ®éng cña laser:

Khi chiÕu bøc x¹ ®iÖn tõ ®¬n s¾c cã tÇn sè f vµo mét chÊt, electron ho¸ trÞcña çc nguyªn tö ë møc n¨ng l− îng c¬ b¶n E1 hÊp thô bøc x¹ vµ chuyÓn lªn møcn¨ng l− îng kÝch thÝch E2 cao h¬n (E2 > E1). Nh− ng çc electron chØ tån t¹i ë møcn¨ng l− îng kÝch thÝch E2 trong kho¶ng thêi gian ng¾n (cì 10-3-10-8s) - gäi lµ thêi

gian sèng τ , sau ®ã chóng l¹i chuyÓn vÒ møc n¨ng l− îng c¬ b¶n E1vµ ph¸t bøc

x¹ (h×nh 1). Qu¸ tr×nh chuyÓn møc n¨ng l− îng khi hÊp thô hoÆc ph¸t x¹ ®Òu tu©ntheo hÖ thøc Einstein:

12 EEhf −==ε (1)

víi h = 6,625.10-34J.s lµ h»ng sè Planck, hf =ε lµ n¨ng l− îng photon cña bøc x¹

®iÖn tõ.Nh− vËy, nÕu sè electron ë møc n¨ng l− îng c¬ b¶n E1 cµng nhiÒu th× kh¶

n¨ng ®Ó nguyªn tö hÊp thô bøc x¹ cµng lín; cßn nÕu sè electron ë møc n¨ngl− îng kÝch thÝch E2 cµng nhiÒu th× kh¶ n¨ng nguyªn tö ph¸t x¹ cµng lín. Nãi çchkh¸c lµ: x¸c suÊt x¶y ra hÊp thô tû lÖ víi mËt ®é N 1cña electron ë møc n¨ng l− îngE1 vµ x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ tû lÖ víi mËt ®é N 2 cña electron ë møc n¨ng l− îngkÝch thÝch E2

Th«ng th− êng th× N2 < N1, nªn x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ nhá h¬n x¸c suÊtx¶y ra hÊp thô. Trong ®iÒu kiÖn nµy, qu¸ tr×nh ph¸t x¹ kh«ng cã tÝnh kÕt hîp vµ

®−

îc gäi lµ ph¸t x¹ tù ph¸t , trong ®ã çc bøc x¹ tù ph¸t hoµn toµn ®éc lËp víinhau, kh«ng cã sù liªn hÖ vÒ pha vµ h− íng. Nh− ng, nÕu b»ng çch nµo ®ã t¹o ra®− îc N2 > N1 th× x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ lín h¬n x¸c suÊt x¶y ra hÊp thô. Khi ®ã

hÊpthô

ph¸tx¹

E1

H×nh 1

E2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




qu¸ tr×nh ph¸t x¹ cã tÝnh kÕt hîp vµ ®− îc gäi lµ ph¸t x¹ c¶m øng , trong ®ã çcbøc x¹ c¶m øng cã cïng tÇn sè, cïng pha, cïng h− íng vµ cïng ®é ph©n cùc víibøc x¹ kÝch thÝch. Nh− vËy, ®iÒu kiÖn cÇn ®Ó cã thÓ x¶y ra ph¸t x¹ c¶m øng lµ cãsù ®¶o mËt ®é h¹t , nghÜa lµ mËt ®é nguyªn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l− îng kÝch thÝchph¶i lín h¬n mËt ®é nguyªn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l− îng c¬ b¶n. M«i tr− êng chÊt ëtr¹ng th¸i cã sù ®¶o mËt ®é h¹t ®− îc gäi lµ m«i tr− êng kÝch ho¹t . Cã thÓ t¹o ra sù®¶o mËt ®é h¹t trong m«i tr− êng kÝch ho¹t nhê ph− ¬ng ph¸p kÝch thÝch kiÓu “b¬m®iÖn” (phãng ®iÖn qua m«i tr− êng kÝch ho¹t), hoÆc “b¬m quang” (dïng nguåns¸ng thÝch hîp cã c− êng ®é m¹nh chiÕu vµo m«i tr− êng kÝch ho¹t) theo nguyªnt¾c sau (h×nh 2):

Gi¶ sö mét chÊt cã hai møc n¨ng l− îng E1,E2 (víi E2 > E1) cã mËt ®é nguyªn tö t− ¬ng øng lµN1, N2 vµ lóc ®Çu N1 > N2. ChiÕu vµo m«i tr− êngchÊt Êy bøc x¹ kÝch thÝch cã tÇn sè f tho¶ m·n hÖthøc (1), mét sè nguyªn tö ®− îc “b¬m” tõ møc E1 lªn møc E2, nªn N1 gi¶m vµ N2 t¨ng. Nh− ng khi N2 t¨ng, x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ (nghÜa lµ qu¸ tr×nhnguyªn tö chuyÓn tõ møc E2 vÒ møc E1) còng t¨nglªn. Do ®ã, N2 l¹i gi¶m vµ N1 l¹i t¨ng. KÕt qu¶ lµkh«ng thÓ ®¹t tíi tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t trongm«i tr− êng kÝch ho¹t.

§Ó t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t, ng− êi ta sö dông m«i tr− êng kÝch ho¹ttrong ®ã nguyªn tö cã ba (hoÆc bèn) møc n¨ng l− îng E1, E2, E3 sao cho thêi giansèng 3

τ cña nguyªn tö ë møc E3 rÊt nhá so víi thêi gian sèng 2τ ë møc E2. B»ng

ph− ¬ng ph¸p “b¬m” sao cho çc nguyªn tö bÞ kÝch thÝch sÏ chuyÓn tõ møc E1 lªnmøc E3. Nh− ng v× 3 2τ τ < , nªn çc nguyªn tö ë møc E3 nhanh chãng chuyÓn vÒ

møc E2 ®Ó t¹o thµnh tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t N2 > N1 vµ dÉn tíi hiÖn t− îng ph¸tx¹ c¶m øng.

HiÖn nay ®· cã nhiÒu lo¹i nguån laser, trong ®ã m«i tr− êng kÝch ho¹t cãthÓ lµ chÊt khÝ, láng, r¾n. Laser khÝ He-Ne sö dông chÊt kÝch ho¹t lµ hçn hîp khÝHeli (90%) vµ khÝ Neon (10%) ë ¸p suÊt thÊp. Laser hång ngäc sö dông chÊt kÝchho¹t lµ thanh hång ngäc Rubi (tinh thÓ Al203) cã pha ion Cr+3 víi tû lÖ 0,05%.

Trong thÝ nghiÖm nµy, ta dïng diode laser (laser b¸n dÉn). Cho mét dßng®iÖn mét chiÒu cã c− êng ®é thÝch hîp ch¹y qua líp tiÕp xóc p-n t¹o ra tõ çc chÊtb¸n dÉn c¬ b¶n nh− GaAs, Ga(AsP), (GaAl)As, tia laser sÏ ®− îc ph¸t ra do qu¸

E3

E2

E1

H×nh 2

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




tr×nh t¸i hîp. §©y lµ mét qu¸ tr×nh biÕn ®æi trùc tiÕp kh¸ hiÖu qu¶ tõ ®iÖn n¨ng

thµnh quang n¨ng laser, hiÖu suÊt cña diode laser b¸n dÉn %2IV

pn

phat ≈= , cña

diode ph¸t quang (LED) xÊp xØ 0,1 ®Õn 1%. Nguyªn t¾c t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt®é h¹t trong diode laser nh− sau: Hai phÝa chuyÓn tiÕp p-n cña diode laser lµ çcb¸n dÉn ®− îc pha t¹p rÊt m¹nh (suy biÕn), khi chuyÓn tiÕp p-n nµy ®− îc ph©n cùcthuËn çc ®iÖn tö ®− îc phun vµo vïng p cßn çc lç trèng phun vµo vïng n. Nh− vËy ë vïng gÇn chuyÓn tiÕp, gi÷a çc møc n¨ng l− îng thÊp cña vïng dÉn vµ cacmøc n¨ng l− îng cao cña vïng ho¸ trÞ nång ®é h¹t t¶i ®− îc t¹o ra ®ñ ®Ó hiÖu ønglaser suÊt hiÖn, tøc lµ cã hiÖn t− îng ®¶o mËt ®é electron.

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 5 : B¶ng gi¸ trÞ cña thõa sè t P,f theo ph©n bè Student

Çc gi¸ trÞ cña thõa sè t P,f f = n-1P = 0,1 P = 0,2 P = 0,3 P = 0,4 P = 0,5 P = 0,6 P = 0,7

1 0,158 0,325 0,510 0,727 1,000 1,376 1,9632 0,142 0,289 0,445 0,617 0,816 1,061 1,336

3 0,137 0,277 0,424 0,584 0,765 0,978 1,2504 0,134 0,271 0,414 0,569 0,741 0,941 1,1905 0,132 0,267 0,408 0,559 0,727 0,920 1,1566 0,131 0,265 0,404 0,553 0,718 0,906 1,1347 0,130 0,263 0,402 0,549 0,711 0,986 1,1198 0,130 0,262 0,399 0,546 0,706 0,889 1,1089 0,129 0,261 0,398 0,543 0,703 0,883 1,100

10 0,129 0,260 0,397 0,542 0,700 0,879 1,09311 0,129 0,260 0,396 0,540 0,697 0,876 1,08812 0,128 0,259 0,395 0,539 0,695 0,873 1,083

13 0,128 0,259 0,394 0,538 0,694 0,870 1,07914 0,128 0,258 0,393 0,537 0,692 0,868 1,07615 0,128 0,258 0,393 0,536 0,691 0,866 1,07416 0,128 0,258 0,392 0,535 0,690 0,865 1,07117 0,128 0,257 0,392 0,534 0,689 0,863 1,06918 0,127 0,257 0,392 0,534 0,688 0,862 1,06719 0,127 0,257 0,391 0,533 0,688 0,861 1,06620 0,127 0,257 0,391 0,533 0,687 0,860 1,06421 0,127 0,257 0,391 0,532 0,686 0,859 1,06322 0,127 0,256 0,390 0,532 0,686 0,858 1,061

23 0,127 0,256 0,390 0,532 0,685 0,858 1,06024 0,127 0,256 0,390 0,531 0,685 0,857 1,05925 0,127 0,256 0,390 0,531 0,684 0,856 1,05826 0,127 0,256 0,390 0,531 0,684 0,856 1,05827 0,127 0,256 0,389 0,531 0,684 0,855 1,05728 0,127 0,256 0,389 0,530 0,683 0,855 1,05629 0,127 0,256 0,389 0,530 0,683 0,854 1,05530 0,127 0,256 0,389 0,530 0,683 0,854 1,05540 0,126 0,255 0,388 0,529 0,681 0,851 1,05060 0,126 0,254 0,387 0,527 0,679 0,848 1,046

120 0,126 0,254 0,386 0,526 0,677 0,845 1,041∞ 0,126 0,253 0,385 0,524 0,674 0,842 1,036

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Çc gi¸ trÞ cña thõa sè t P,f f = n-1

P = 0,8 P = 0,9 P = 0,95 P = 0,98 P = 0,99 P = 0,9991 3,080 6,310 12,71 31,80 63,70 636,60

2 1,886 2,920 4,30 6,96 9,92 31,60

3 1,638 2,350 3,18 4,54 5,84 12,94

4 1,533 2,130 2,77 3,75 4,60 8,615 1,476 2,020 2,57 3,36 4,03 6,86

6 1,440 1,943 2,45 3,14 4,71 5,96

7 1,415 1,895 2,36 3,00 3,50 5,40

8 1,397 1,860 2,31 2,90 3,36 5,04

9 1,383 1,833 2,26 2,82 3,25 4,78

10 1,372 1,812 2,23 2,76 3,17 4,59

11 1,363 1,796 2,20 2,72 3,11 4,49

12 1,356 1,782 2,18 2,68 3,06 4,32

13 1,350 1,771 2,16 2,65 3,01 4,2214 1,345 1,761 2,14 2,62 2,98 4,14

15 1,341 1,753 2,13 2,60 2,96 4,07

16 1,337 1,746 2,12 2,58 2,92 4,02

17 1,333 1,740 2,11 2,57 2,90 3,96

18 1,330 1,734 2,10 2,55 2,88 3,92

19 1,328 1,729 2,09 2,54 2,86 3,88

20 1,325 1,725 2,09 2,53 2,84 3,85

21 1,323 1,721 2,08 2,52 2,83 3,82

22 1,321 1,717 2,07 2,51 2,82 3,79

23 1,319 1,714 2,07 2,50 2,81 3,7724 1,318 1,711 2,06 2,49 2,80 3,74

25 1,316 1,708 2,06 2,48 2,79 3,72

26 1,315 1,706 2,06 2,48 2,78 3,71

27 1,314 1,703 2,05 2,47 2,77 3,69

28 1,313 1,701 2,05 2,47 2,76 3,67

29 1,311 1,699 2,04 2,46 2,76 3,66

30 1,310 1,697 2,04 2,46 2,75 3,65

40 1,303 1,684 2,02 2,42 2,70 3,55

60 1,296 1,671 2,00 2,39 2,66 3,46120 1,289 1,658 1,98 2,36 2,62 3,37∞ 1,282 1,645 1,96 2,33 2,58 3,29

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Phô lôc 6: B¶ng mét sè h»ng sè VËt lý c¬ b¶n

Gi¸ trÞ thùc nghiÖmtèt nhÊt (1986)

Stt H»ng sè KÝhiÖu

Gi¸ trÞ lµm trßnGi¸ trÞ (a) Sai sè

t− ¬ng®èi (b)

1 H»ng sè hÊp dÉn G 6,67.10-11m3 /s2.kg 6,67260 100

2 Tèc ®é ¸nh s¸ng trongch©n kh«ng

c 3,00.108m/s 2,99792458

3 H»ng sè khÝ lý tuëng R 8,31J/molK 8,314510 8,44 H»ng sè Avogadro NA 6,02.1023mol-1 6,0221367 0,595 H»ng sè Boltzmann k 1,38.10-23J/K 1,380657 11

6 ThÓ tÝch mol cña khÝ lýt− ëng ë §KTC Vm 2,24.10-2m3 /mol 2,24109 8,4

7 H»ng sè Stefan-Boltzmann σ

5,67.10-8

W/m2.K4 5,67050 34

8 §iÖn tÝch nguyªn tè e 1,60.10-19C 1,6217738 0,309 Khèi l− îng electron me 9,11.10-31kg 9,1093897 0,59

10 Khèi l− îng electron c) me 5,49.10-4u 5,48579902 0,02311 §iÖn tÝch riªng electron e/me 1,76.1011C/kg 1,75881961 0,3012 H»ng sè ®iÖn εo 8,85.10-12F/m 8,8541878176213 H»ng sè tõ thÈm µ0 1,26.10-6H/m 1,256370614314 H»ng sè Rydberg R 1,10.107m-1 1,0973731534 0,001215 B¸n kÝnh Bohr rB 5,29.10-11m 5,29177149 0,04516 Momen tõ cña electron µe 9,28.10-24J/T 9,2847700 0,3417 Momen tõ cña proton µp 1,41.10-26J/T 1.41060761 0,3418 Manheton Bohr µB 9,27.10-24J/T 9,2740154 0,3419 Manheton h¹t nh©n µN 5,50.10-27J/T 5,0507865 0,34

20 H»ng sè Faraday F 9,65.104

C/mol 9,6485309 0,3021 H»ng sè Planck h 6,63.10-34Js 6,6260754 0,60

22 B− íc sãng Compton cñaelectron λc 2,43.10-12m 2,42531058 0,089

23 Khèi l− îng proton mp 1,67.10-27kg 1,676230 0,59

24 Tû sè khèi l− îng protontrªn khèi l− îng electron

mp /me

1840 1836,152701 0.020

25 Khèi l− îng n¬tron mn 1,68.10-27kg 1,6749286 0,5926 Khèi l− îng protonc) mp 1,0073u 1,007266470 0,01227 Khèi l− îng n¬tonc) mn 1,0087u 1,008664704 0,1428 Khèi l− îng nguyªn tö

hydroc) M1H 1,0078u 1,007825036 0,011

29 Khèi l− îng nguyªn tö®¬t¬ri c) M2H 2,0141u 2,0141019 0,053

30 Khèi l− îng nguyªn töheli c)

M4He 4,0026u 4,0026032 0,067

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM




Chó thÝch :

a) Çc gi¸ trÞ ghi trong cét nµy ph¶i cïng ®¬n vÞ vµ cã cïng bËc luü thõa cña10 nh− gi¸ trÞ lµm trßn.

b) TÝnh ra phÇn triÖu.c) Khèi l− îng ®− îc ghi theo ®¬n vÞ khèi nguyªn tö (u) trong ®ã 1u =

1,6605402.10-27 kg .

WWW D YK

EMQUYN

HON UCO

Z COM



Tµi liÖu tham kh¶o

1. NguyÔn §øc TiÕn, §ç Quèc Hïng, NguyÔn V¨n Thuú.ThÝ nghiÖm vËt lý ®¹i c− ¬ng. TËp1: C¬ - NhiÖt vµ §iÖn tõ. HVKTQS 1995.2. Евграфова Н.Н., Каган В.Л.

« Руководство к лабораторным работам по физике ». Москва. «Высшая

школа ». 1990.

3. §ç TrÇn Çt. Çch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o çc ®¹i l− îng vËt lý. §¹i häcB¸ch Khoa Hµ Néi. 1997.

4. Савельева А.И., Фетисов И.Н. “Обработка результатов измерений при

Z COM

Documents

Thực hành vật lý đại cương - Tập 2 Tác giả: Đỗ Quốc Hùng (chủ biên), Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, 2006