آزمایشگاه فیزیک 2

آزمایشگاه فیزیک 2
اساتید مربوطه: دکتر سمانه مظفری، دکتر جواد بهدانی
کارشناس مربوطه:  مهندس اسلام دادگر
نوع آزمایشگاه: آموزشی

 

الف) معرفی آزمایشگاه فیزیک 2
تجهیزات موجود در آزمایشگاه فیزیک 2، جهت تکمیل آموزش درس فیزیک 2 (الکتریسیته و مغناطیس) و به منظور آشنایی دانشجویان با مفاهیم اولیه مدارهای الکتریکی، تحلیل مدار و کار با وسایل آزمایشگاهی پیشرفته الکترونیک به کار می‌روند. در طراحی آزمایش‌ تلاش شده است تا علاوه بر درک مفاهیم کتاب درسی، دانشجویان رشته‌های فنی، از قبیل مهندسی برق، آمادگی لازم برای کار در آزمایشگاه‌های پیشرفته الکترونیک را کسب نمایند.
ب) تجهیزات موجود
1.    میز آزمایشگاهی الکترونیک: محیط آزمایشگاه با شش میز آزمایشگاهی مجزا مجهز شده است که تجهیزات لازم برای طراحی مدار را به طور همزمان برای شش گروه مجزا فراهم می‌نماید. هر یک از این میزها به امکانات زیر مجهز هستند:


 

 

الف. پریزهای برق شهر 220 ولت جهت اتصال وسایل جانبی مورد نیاز و فیوزهای قطع و وصل برق
‌ب.    منبع تغذیه دوگانه جریان مستقیم: شامل دو کانال منبع تغذیه متغیر که هر کدام به صورت جداگانه قادر به تامین ولتاژی تا حد 30 ولت می‌باشند. یک خروجی ولتاژ ثابت 5 ولت نیز در این منبع تغذیه تعبیه شده است.
‌ج.    مولتی‌متر: برای اندازه‌گیری شدت جریان و ولتاژ در مدار و نیز برای اندازه‌گیری مقاومت قطعات الکترونیکی به کار می‌رود. بعلاوه، می‌توان از آن برای تست دیود، ترانزیستور و نیز بررسی اتصال کوتاه استفاده نمود.
‌د.    اسیلوسکوپ: نوسان نما، برای مطالعه جریان‌های متناوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. دارای دو کانال مجزای 1 و 2 است که هر یک بطور جداگانه دارای کلیدهای VOLTS/DIV، AC/DC و GND هستند. همچنین از تنظیم TIME/DIV به صورت مشترک بهره می‌برند.
‌ه.    سیگنال ژنراتور: مولد امواج رادیویی  به صورت سینوسی است که در آزمایشگاه فیزیک پایه معمولا آزمایش خاصی برای آن تعریف نمی‌شود.
‌و.    فانکشن ژنراتور: مولد امواج سینوسی، مربعی و مثلثی است و در بررسی مدارهای دارای جریان متناوب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 


2.    برد بورد (Bread Board): در آزمایشگاه فیزیک2، مدارها روی برد بورد پیاده‌سازی می‌شوند تا هم فرآیند بستن مدار با سرعت بالاتری صورت بگیرد و هم دانشجو برای کار در آزمایشگاه‌های پیشرفته‌تر الکترونیک آمادگی پیدا کند.

 


 
3.    جعبه مقاومت، رئوستا و جعبه مقاومت: علاوه بر خازن‌ها و مقاومت‌های معمول مورد استفاده در مدارها، برای هر گروه یک جعبه مقاومت، یک رئوستا و یک جعبه خازن در دسترس است تا در صورت نیاز، مقاومت یا ظرفیت مورد نظر خود را توسط آن تولید نمایند.


 
4.    علاوه بر مولتی‌متر میز آزمایشگاهی که امکانات فراوانی را در اختیار دانشجو قرر می‌دهد، انواع مولی‌متر آنالوگ و دیجیتال دستی، نیز در اختیار دانشجو قرار می‌گیرد تا ضمن آشنایی، در صورت لزوم، آن‌ها را نیز به کار گیرد.


 
آزمایش‌ها:


1.    قانون اهم:  در این آزمایش، دانشجو علاوه بر آشنایی اولیه با محیط آزمایشگاه، تجهیزات میز آزمایشگاهی و قطعات الکترونیکی (از قبیل انواع مقاومت، خازن، دیود، ترانزیستور و ...)، اولین و ساده‌ترین مدار درس، شامل یک منبع تغذیه، یک مقاومت، یک ولت‌متر و یک آمپرسنج را روی برد بورد پیاده‌سازی نموده، قانون اهم را با محاسبه مقدار یک مقاومت مجهول به کمک ولتاژ و شدت جریان ثبت شده در مدار و مقایسه آن با مقداری که اهم‌متر نشان می‌دهد، تحقیق می‌کند.


 
2.    ترکیب مقاومت‌ها: در این آزمایش، دانشجو ضمن پیاده‌سازی مدارهای پیچیده‌تر، شامل چندین مقاومت، به تحقیق روابط مربوط به مقاومت معادل برای انواع مختلف ترکیب مقاومت‌ها، اعم از ترکیب متوالی، موازی، مختلط و ... می‌پردازد.
3.    اندازه‌گیری مقاومت درونی وسایل اندازه‌گیری: در این آزمایش، دانشجو با مفهوم مقاومت درونی آمپرسنج  ولت‌متر آشنایی پیدا کرده، ضمن اندازه‌گیری آن در شدت جریان‌ها و ولتاژهای مختلف، با مفهوم بینهایت و صفر فیزیکی در برابر مفهوم ریاضیاتی آن‌ها آشنایی پیدا می‌کند.

 


4.    اندازه‌گیری مقاومت مجهول به کمک پل‌های امپدانس: در این آزمایش، دانشجو با یک روش جدید و دقیق جهت اندازه‌گیری مقاومت مجهول آشنا می‌شود و با پیاده‌سازی مدارهای پل وتسون و پل تار، مقدار یک مقاومت مجهول را محاسبه نموده و گزارش می‌کند.


 

5.    تحقیق قوانین کیرشهف: در این آزمایش، دانشجو با طراحی و پیاده‌سازی مدارهای نسبتا پیچیده انشعابی آشنا شده، قوانین گره و حلقه برای مدارهای انشعابی را تحقیق می‌نماید.
6.    شارژ و تخلیه خازن: در این آزمایش، دانشجو علاوه بر مشاهده عملی مفاهیم مدار RC با جریان مستقیم، به کمک نمودارهای شدت جریان و ولتاژ دو سر یک خازن در این مدار، در دو حالت مختلف شارژ و تخلیه خازن، مقدار ظرفیت خازن مجهول را محاسبه می‌نماید.
7.    اتصال خازن‌ها: در این آزمایش، شارژ و تخلیه خازن برای ترکیب‌های متوالی و موازی دو خازن انجام می‌شود. دانشجو با رسم نمودارهای مناسب، ظرفیت خازن معادل را محاسبه نموده، با روابط نظری مقایسه می‌نماید.
8.    آشنایی با فانکشن ژنراتور و اسیلوسکوپ: در این آزمایش، دانشجو جهت کسب آمادگی برای کار با جریان متناوب، اصول کار با فانکشن ژنراتور و اسیلوسکوپ را فرامی‌گیرد، با اشکال لیساژو آشنا می‌شود و به کمک خروجی اسیلوسکوپ، شدت جریان، ولتاژ و فرکانس موج ورودی را تعیین می‌نماید.


 
9.    مدار RL، RC و RLC با جریان متناوب: در این آزمایش، دانشجو به بررسی رفتار خازن و القاگر در مدارهای دارای جریان متناوب می‌پردازد و با مفاهیمی چون فازور و پدیده تشدید به صورت عملی ارتباط برقرار می‌کند.
10.    اصول ترانسفورماتورها: در این آزمایش، دانشجو یک ترانسفورماتور ساده پیاده‌سازی نموده، به کمک آن با مفاهیم شار مغناطیسی متقابل و نیز اصول ترانسفورماتورها آشنایی بیش‌تری پیدا می‌کند.