Trong điện kỹ thuật ta thường phải sử dụng các mẫu sắt từ có dạng các khung kín
(như lõi sắt từ của nam châm điện, của biến thế điện…). Các khung sắt từ kín có hình dạng khác nhau như vậy được gọi là các mạch từkín. Đối với một mạch từkín thì đường sức từ chỉ chạy trong mạch từ và không thoát ra ngoài. Một mạch từkhông được tạo bởi một khung kín được gọi là mạch từ hở. Đối với mạch từ hở, một phần đường sức từ sẽ
nằm ở ngoài mạch từ.
Xét một mạch từđơn giản (Hình 1) gồm hai đoạn: đoạn mạch trong khung sắt từ
có tiết diện ngang S, có độ từ thẩm và đoạn mạch là khe hở nhỏ có cùng tiết diện và
có độ từ thẩm k.
Hình 1: Mạch từkhông phân nhánh đơn giản
Đại lượng m = NI (N là sốvòng dây điện cuốn trên khung; Ilà cường độdòng điện qua cuộn dây) được gọi là suất từđộng.
Từ thông là giá trịkhông thay đổi trong suốt chiều dài khung dây (tương tựcường
độdòng điện trong mạch điện) liên hệ với suất từđộng m theo biểu thức:
Đại lượng Rmđược gọi là từ trở toàn phần của mạch, với mạch đang xét thì:
trong đó: l là chiều dài trung bình của khung; lk là khoảng cách khe hở.
m m R = S l S l R k k m = 0 + 0
Đặt:
là từ trở của các đoạn mạch từtương ứng. Ta nhận thấy từ trở tỉ lệ nghịch với độ
từ thẩm của vật liệu. Như vậy Rm = rm + rmk, tức là từ trở toàn phần của mạch từ không phân nhánh bằng tổng các từ trở của các đoạn mạch từ hợp thành. Kết quảnày cũng đúng
với mạch từ không phân nhánh gồm nhiều đoạn mạch từ hợp thành: Rm = rm1 + rm2 + ... + rmn
4.3. THỰC HÀNH
4.3.1. Thiết bị thí nghiệm
Thí nghiệm bao gồm một khung sắt hình chữU trên đó có đặt cuộn dây sơ cấp (n1) và thứ cấp (n2). Một thanh ferit được gắn trên hai đầu của thanh chữ U. Trên thanh ferit
có đặt một lò và một cặt nhiệt điện đểxác định nhiệt độ của thanh ferit (Hình 2). Để thay
đổi nhiệt độ của thanh ferit các em cần cung cấp một điện thế một chiều hoặc xoay chiều cho lò nung. Để cấp điện thế xoay chiều cho cuộn dây sơ cấp ta sử dụng một bộ nguồn E (Hình 3). Trên bộ nguồn E có 2 đầu ra; một là lối ra điên thế xoay chiều đầu còn lại là lối ra điện thế 1 chiều. Đểđo nhiệt độ của thanh ferit và điện thế trên cuộn thứ cấp ta sử
dụng hai đồng hồđa năng, số liệu đo được sẽđược nhập trực tiếp vào máy tính (sử dụng phần mềm Origin) để dễ dàng theo dõi sựthay đổi của hiệu điện thế thứ cấp theo nhiệt
độ.
Nguyên tắc phép đo: Đặt vào cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều U1, do hiện
tượng cảm ứng điện từ trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều U2. Nếu
ta tăng nhiệt độ của thanh ferit tới nhiệt độTcthì độ từ thẩm của thanh ferit giảm nhanh xuống giá trị 1. Khi đó từ trở của toàn mạch tăng nhanh, từ thông (độ biến thiên từ
thông) qua cuộn thứ cấp giảm, suất điện động U2 giảm nhanh xuống giá trịU0. Nhiệt độ
Tc chính là nhiệt độ Curie cần tìm. S l rm 0 = S l r k k mk = 0
1) 01 Bộ nguồn Ệ có 2 đầu ra. Một là lối ra điện thế xoay chiều đầu còn lại là lối
ra điện thế 1 chiều.
2) 02đồng hồ vạn năng cầm tay có thểđo được cường độdòng điện, hiệu điện thế và nhiệt độ.
3) Máy tính đã cài sẵn chương trình Origin
Hình 3: Bộ nguồn E
Hình 2: Sơ đồ thiết bịđo nhiệt độ Curie
Cuộn sơ cấp Lò, ferit và cặp nhiệt Cuộn thứ cấp Đặt < 14V Đặt > 2A Đặt < 10V Lối ra điện áp DC nối với lò Lối ra điện áp AC nối với cuộn sơ cấp
4.3.2. Nhiệm vụ thực hành
Nhiệm vụ 1: Khảo sát hệđo
a. Vẽsơ đồ mạch điện của thí nghiệm vào phiếu trả lời và chú thích các đại lượng
được ghi lại bằng máy tính trong thí nghiệm này.
b. Xác định công suất nhiệt của nguồn mà các em dùng để cung cấp cho lò nung.
Các em lưu ý rằng hai núm vặn ởbên trái dùng đểđiều chỉnh hiệu điện thế một chiều và dòng điện một chiều được cấp cho mạch ngoài. Trong quá trình thay đổi điện áp và dòng một chiều, khi thấy đèn đỏ sáng lên tức là cường độdòng điện ở mạch ngoài quá lớn lúc này nguồn sẽ ngừng cung cấp dòng điện cho mạch ngoài đểđảm bảo an toàn.
c. Xác định hiệu điện thế xoay chiều ở cuộn sơ cấp và thứ cấp mà các em sử dụng
trong phép đo. Các em lưu ý không nên chỉnh giá trị này trong suốt quá trình đo. (Giá trị của thế xoay chiều có thể xác định theo từng nấc nhưng hiệu điện thế xoay chiều ở đầu ra thường có sai khác tương đối với giá trị đặt trên chốt nên các em cần kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng).
Nhiệm vụ 2: Xác định nhiệt độ Curie của mẫu Các thao tác đo khi sử dụng máy tính:
• Đặt điện áp lối ra xoay chiều của nguồn (Hình 3) bằng giá trịđã thiết lập ở nhiệm vụ 1.
• Đặt điện áp một chiều của nguồn (Hình 3) về giá trịđã thiết lập ở nhiệm vụ 1.
• Lấy dữ liệu từđồng hồđo để nhập vào máy tính và quan sát sự thay đổi tín hiệu
thu được trên màn hình.
• Khi quá trình chuyển pha được thực hiện hoàn toàn (hiệu điện thế thứ cấp không tiếp tục giảm) hãy giảm điện thế cung cấp cho lò nung để giảm dần nhiệt độ của mẫu về nhiệt độ phòng.
a. Ghi dữ liệu đo trong file Origin vào máy tính và ghi lại đường dẫn của file dữ liệu vào phiếu trả lời.
b. Vẽ lại đồ thịU2-T. Xử lí hình ảnh sau đó đổi tên hình ảnh theo qui định (ghi đường dẫn của file vào phiếu trả lời).
c. Xác định nhiệt độ Curie của thanh ferit dựa vào số liệu đã đo được. Giải thích cách làm.
d. Giả sử rằng độ từ thẩm của thanh ferit trong bài rất lớn (cỡ 104). Hãy ước lượng tỉ lệ giữa từ trở của thanh ferit (khi ở trạng thái thuận từ) và phần còn lại của mạch từ (rmk/rm).
4.4. CÂU HỎI MỞ RỘNG
1. Phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu sắt từ. Thuyết miền từ hoá tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ.
2. Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp cảm ứng điện từ.
3. Cách xác định nhiệt độ Curie từđồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ.
Bài 5. KHẢO SÁT VÀ LẬP ĐỬỜNG CONG CHUẨN
CỦẬ MÁY ĐƠN SẮC
5.1. MỤC ĐÍCH
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ quang học dùng máy đơn sắc. - Lập đường cong chuẩn của máy đơn sắc.
5.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Sơ đồ hệ quang học của máy đơn sắc được sử dụng trong bài thực hành. (1) Nguồn sáng, (2) Hệ kính tụ quang, (3) Khe vào, (4) Bộlăng kính, (5) Khe ra, (6) Mẫu, (7) Quang trở.
Hệ quang học được sử dụng trong bài có cấu tạo theo sơ đồ hình vẽ trên. Bộ phận chủ yếu của hệ là máy đơn sắc YM-2 có bộ lăng kính tán sắc (4). Ánh sáng trắng từ
nguồn sáng qua hệ thống kính tụ quang (2) và đi vào khe (4) của máy đơn sắc, đập vào hệlăng kính. Khi truyền qua lăng kính, ánh sáng có bước sóng khác nhau bị lệch theo
phương khác nhau. Khe ra (5) cho qua một chùm sáng có bước sóng nằm trong một khoảng hẹp. Khi thay đổi góc tới của tia sáng tới lăng kính, bằng cách quay lăng kính,
ta có thểthay đổi độdài bước sóng của chùm sáng đi ra khỏi khe (5). Bằng cách thu nhỏ
bề rộng của các khe, ta có thể thu hẹp bề rộng khoảng bước sóng của chùm sáng qua
Chùm sáng đi ra khỏi máy đơn sắc qua khe ra, đập vào mẫu. Một phần ánh sáng bị mẫu hấp thụ. Phần còn lại đi tới quang trở (7). Điện trở của quang trở sẽ giảm nếu
cường độ chùm ánh sáng tới nó càng mạnh. Bằng cách quay lăng kính ở những góc khác nhau, ta có thểxác định được sự phụ thuộc của cường độsáng đến quang trở theo bước
sóng ánh sáng từ đó thu được phổ cường độ ánh sáng truyền qua mẫu. Quang trở (7)
(hay thường được gọi là detector) được dùng trong bài thực hành là một quang điện trở
CdS. Ánh sáng chiếu vào detector làm thay đổi điện trở R của nó. Khi không có ánh
sáng chiếu vào, điện trở R của quang điện trở khá lớn. Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở R của nó sẽ giảm tuỳtheo cường độvà bước sóng ánh sáng chiếu vào. Vì vậy, bằng
cách đo điện trở của detector, ta thu được thông tin về cường độ ánh sáng. Điện trở R của detector được đo bằng một đồng hồđo điện trở.
Hệ quang học như trên có thểđược dùng để nghiên cứu phổ ánh sáng truyền qua
của mẫu, cũng là đểxác định phổ hấp thụ của mẫu. Có thể mở rộng tác dụng của hệđo này để nghiên cứu nhiều tính chất quang học khác của các vật liệu như phổ huỳnh quang, phổ quang dẫn; hoặc dùng để xác định quang phổ của một nguồn sáng.
Bộlăng kính của máy đơn sắc được gắn với một cơ cấu cho phép quay nó những góc khác nhau. Góc quay của bộlăng kính được chỉ thị trên thang chia độ của một cái trống. Tuy vậy đọc số chỉ trên thang, ta chưa biết được độdài sóng ánh sáng đi ra khỏi
máy đơn sắc. Vì vậy, trước khi sử dụng hệ đo, ta cần lập đường cong chuẩn cho máy
đơn sắc, tức là tìm mối quan hệ giữa số chỉtrên thang và bước sóng ánh sáng.
Để làm việc này, thay vào chỗ nguồn sáng 1, ta đặt một đèn quang phổ chuẩn. Đó
là một đèn phát sáng nhờ sựphóng điện trong một ống chứa một chất khí tinh khiết. Mỗi chất khí, khi bị kích thích trong sựphóng điện, phát ra ánh sáng có quang phổ vạch. Số
vạch và bước sóng của từng vạch trong quang phổlà đặc trưng cho mỗi chất khí. Trong
bài thực hành này, ta dùng đèn hơi thuỷ ngân. Phổ phát xạ của thủy ngân đã được xác
định chính xác và công bố trong các bảng tra cứu dưới dạng phổ mẫu (được cung cấp trên bàn thực hành). Nếu ghi được quang phổ của đèn thủy ngân theo số chỉ trên thang của máy đơn sắc, thì ta có thể so sánh với phổ mẫu, và xác lập được tương quan giữa
bước sóng ánh sáng và số chỉtrên thang. Đồ thị của sự phụ thuộc đó gọi là đường cong chuẩn của máy đơn sắc.
5.3. THỰC HÀNH
Các bước tiến hành thí nghiệm
• Đặt đèn hơi thủy ngân vào vị trí nguồn sáng và bật cho đèn sáng.
• Điều chỉnh đèn và các thấu kính sao cho thu được ảnh rõ nét nhất của đèn trên
khe vào.
• Điều chỉnh khe vào và ra của máy quang phổ và quay trống sao cho ở lối ra trông thấy vệt sáng trên detector. Điều chỉnh hệquang và thay đổi kích thước của hai khe sao cho thu được vệt sáng rõ nét trên detector.
• Đậy nắp cửa sốquan sát trước khi tiến hành đo
Nhiệm vụ1: Xác định vịtrí các đỉnh phổ
Các bước tiến hành thí nghiệm
Đưa trống quay (gắn với bộlăng kính) về vị trí số 0.
Dùng tay quay thật chậm trống quay theo chiều tăng số chỉ vị trí đểdò tìm các đỉnh phổ
(có thểxác định được 4-5 đỉnh phổ) tương ứng với các cực trị địa phương của điện trở
của detector.
Ghi các giá trị này vào bảng dữ liệu.
Nhiệm vụ 2: Khảo sát phổ phát xạ của đèn hơi Thuỷ ngân
a. Thay đổi giá trị trống quay từ0 đến cực đại và ghi lại các giá trịđiện trởR tương ứng với vị trí trống quay vào bảng dữ liệu trên Origin. Ghi dữ liệu đo vào máy
tính và ghi lại đường dẫn của file dữ liệu vào phiếu trả lời.
b. Từ dữ liệu thu được, sử dụng Origin vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 1/R theo vị trị trống quay (đây chính là phổ phát xạ của đèn hơi Thuỷ ngân). Xử lí hình ảnh sau đó đổi tên hình ảnh theo qui định (ghi đường dẫn của file vào phiếu trả lời).
Nhiệm vụ 3: Lập đường cong chuẩn
b. Từ bảng dữ liệu, vẽđồ thị biểu diễn sự phụ của thuộc bước sóng theo vị trí trống
quay (sử dụng phần mềm Origin). Lưu file này vào máy tính và ghi lại đường
dẫn của file dữ liệu vào phiếu trả lời.
c. Sử dụng chức năng fit hàm của Origin để tìm hàm số biểu diễn sự phụ thuộc bước sóng - vị trí trống quay. Xử lí hình ảnh sau đó đổi tên hình ảnh theo qui định (ghi
đường dẫn của file vào phiếu trả lời).
d. Ghi phương trình hàm fit vào phiếu trả lời và nhận xét kết quảthu được.
5.4. CÂU HỎI MỞ RỘNG
• Nguyên tắc hoạt động của hệđo quang học. Các bộ phận chủ yếu của hệ và vai trò của chúng.
• Trong máy đơn sắc, có thể thay hệlăng kính tán sắc bằng thiết bị nào.
• Có thể thực hiện những phép đo gì trên một hệ quang học để nghiên cứu tính chất của vật liệu? Nguyên tắc của các phép đo đó là gì? Các phép đo đó cung cấp những thông tin gì về vật liệu?
• Ý nghĩa và cách lập đường cong chuẩn của hệđo quang học.
• Vai trò của đèn thủy ngân trong việc lập đường cong chuẩn? Nếu dùng một nguồn
sáng khác cho mục đích lập đường cong chuẩn của hệ quang này thì nguồn sáng
đó phải có đặc điểm gì?
• Ý nghĩa của việc thay đổi độ rộng của khe vào và khe ra? Nên chọn độ rộng của
Bài 6. KHẢO SÁT TRANSISTOR VÀ TẠO THIÊN ÁP CHO TRANSISTOR
6.1. MỤC ĐÍCH
• Hiểu nguyên tắc làm việc của transistor lưỡng cực.
• Hiểu được cách mắc định thiên cho transistor trong mạch khuếch đại.
• Khảo sát được đường đặc trưng của transistor.
6.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Transistor là linh kiện bán dẫn thường sử dụng nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu hoặc đóng vai trò như một chuyển mạch điện tử. Transistor thường cấu tạo bởi vật liệu bán dẫn với ít nhất ba cực nối mạch ngoài. Lý thuyết chi tiết có thểđược tìm hiểu thêm trong tài liệu lý thuyết điện tử. Quá trình định thiên cho transistor là quá trình thiết lập dòng hoặc áp cho transistor một cách hợp lý để nó có thể khuếch đại được tín hiệu vào.
6.3. THỰC HÀNH
6.3.1. Thiết bịvà sơ đồ thực nghiệm
Sơ đồđược mắc theo nguyên tắc sau:
• Transistor npn – models 2N2222; 2N3403 hoặc c828 và điện trở (100kΩ, 820Ω)
• Ampe kế, Vôn kế.
6.3.2. Nhiệm vụ thực hành
Nhiệm vụ 1: Khảo sát đặc tuyến ra Ic theo UCE tại các giá trị IB cốđịnh
• Điều chỉnh biến trở H để thay đổi giá trị IB (10µA, 20µA, 30µA) (đo bằng
Ampe kế A1).
• Chỉnh biến trởP đểthay đổi giá trị UCE từ 0 đến 5V và đo IC bằng Ampe kế
A2.
a. Ghi số liệu vào bảng số liệu trong phiếu trả lời.
b. Vẽđồ thị đặc tuyến ra với các giá trị IB khác nhau trên cùng một đồ thị.
Lưu ý: Trong quá trình lấy số liệu cần chú ý điều chỉnh để giữ IBkhông đổi.
Nhiệm vụ 2: Khảo sát đặc tuyến vào IB theo UBE tại các giá trị UCE cốđịnh
• Thay đổi giá trị UCE bằng cách điều chỉnh biến trở P.
• Thay đổi giá trị UBE bằng cách điều chỉnh biến trở H và đo IB bằng Ampe kế A1.
a. Ghi số liệu vào bảng số liệu trong phiếu trả lời.
b. Vẽđồ thịđặc tuyến vào với các giá trị UCE khác nhau trên cùng một đồ thị.