- •Методические указания к лабораторным работам по разделу "электричество и магнетизм"
- •Введение
- •Правила выполнения работы и офрмления полученных результатов
- •Рекомендуемая литература
- •Практические задания
- •1. Регулировка тока в широких пределах с помощью реостата.
- •2. Регулировка напряжения с помощью потенциометра.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестного сопротивления методом амперметра и вольтметра.
- •2. Определение неизвестного сопротивления мостовым методом.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.
- •2. Проверка энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестной эдс методом компенсации.
- •2. Определение компенсационным методом напряжений, токов и сопротивлений.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Предварительный расчет параметров зарядной и разрядной цепи.
- •2. Исследование зависимостей напряжения и тока от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение параметров воздушного конденсатора.
- •2. Определение емкости плоского конденсатора с диэлектрической пластиной и расчет диэлектрической проницаемости.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Снятие временных зависимостей.
- •2. Снятие вольт-вольтовых характеристик.
- •3. Определение частоты сигнала и сдвига фаз методом фигур Лиссажу.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение индуктивности, активного сопротивления катушки.
- •2. Расчет параметров колебательного контура и экспериментальное получение затухающих колебаний.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 10
- •Практические задания
- •1. Определение емкости конденсатора.
- •2. Определение активного сопротивления и индуктивности катушки.
- •3. Проверка закона Ома для переменного тока.
- •4. Изучение резонанса напряжений в цепи переменного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 11
- •Практические задания
- •1. Исследовать зависимость анодного тока от напряжения между электродами при разных токах накала катода. Проверка закона Богуславского-Ленгмюра.
- •2. Расчет температуры катода при различных токах накала. Определение работы выхода электронов из вольфрама.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Оглавление
- •Электричество и магнетизм
- •3,5 Усл. Печ. Л. Тираж 250 экз. Заказ № 8
Практические задания
1. Предварительный расчет параметров зарядной и разрядной цепи.
П
28
2. Исследование зависимостей напряжения и тока от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
С обрать схему, приведенную на (Рис. 2). В качестве источника питания используется ВУП–2. Вольтметр электростатической системы С–95. Сопротивление выбрать из рассчитанного в первом задании диапазона сопротивлений. Оценить время релаксациидля данного контура и заряд на обкладках конденсатора в момент полной зарядки.
Снять зависимости напряжения и тока от времени при зарядке конденсатора, потом – при разрядке. По полученным зависимостям Uз(t),Iз(t),Uр(t),Iр(t), построить соответствующие графики. По графикам напряжения определить время релаксации, полученное экспериментально, и сравнить с расчетным.
П
29
По графикам зависимостей зарядного и разрядного токов для всех сопротивлений оценить заряд конденсатора. Так как ток:
,
значит заряд можно выразить интегралом от тока по времени
,
и он численно равен площади под кривой зависимости тока от времени. Методика численного интегрирования достаточно проста. Нужно график зависимости разбить на участки, соответствующие небольшим равным промежуткам времени, определить среднее значение тока на каждом участке и просуммировать "площади" полученных прямоугольников. Полученный результат сравнить со значением, рассчитанным в первом задании.
Вопросы к зачету по работе.
Теоретически вывести закономерности изменения зарядного тока и напряжения со временем
Почему при зарядке и разрядке конденсатора в цепи протекает ток, хотя пластины конденсатора разделены диэлектриком, т.е. цепь не замкнута?
Физический смысл постоянной времени зарядки и разрядки конденсатора .
От чего зависит величина заряда конденсатора и методы определения заряда?
Объяснить устройство и принцип действия вольтметра электростатической системы.
30
Лабораторная работа № 7
Определение диэлектрической проницаемости твердых диэлектриков
Цель работы.
Изучить механизмы поляризации диэлектриков в электрических полях, характеристики диэлектрических свойств.
Знания, необходимые для допуска к работе.
Закономерности последовательного и параллельного соединения конденсаторов;
Диэлектрическая проницаемость как характеристика электрических свойств диэлектриков.
Краткие сведения из теории.
Диэлектрики, как и все другие вещества, состоят из частиц (атомов или молекул). Отличительной чертой диэлектриков является то, что в них отсутствуют свободные заряды, а все имеющиеся заряды связаны (носители заряда могут перемещаться на расстояния, сравнимые с размерами атома).
Диэлектрики можно разделить на два класса: неполярные и полярные. В неполярных диэлектриках структурные единицы, из которых они состоят, не обладают собственным дипольным моментом. Например, если электроны расположены вокруг атома симметрично, то геометрический центр отрицательного заряда совпадает с расположением ядра атома, т.е. положительного заряда, и такой атом не обладает собственным дипольным моментом. У большинства диэлектриков такой симметрии между отрицательными и положительными зарядами не наблюдается, в результате каждый атом или молекула обладает собственным дипольным моментом. Но и полярные диэлектрики в целом не обладают собственным электрическим полем, так как дипольные моменты отдельных атомов расположены хаотически друг относительно друга вследствие хаотического теплового движения.
П
31
Рассмотрим однородное электростатическое поле, создаваемое плоским конденсатором. Напряженность такого поля определяется
32
где – поверхностная плотность заряда на пластинах конденсатора, а0– диэлектрическая постоянная. Выразив поверхностную плотность как зарядQ, отнесенный к площадиS, а потом заряд – как произведение емкости конденсатораCна разность потенциалов его пластинU, получаем следующее выражение для напряженности электростатического поля плоского конденсатора:
.
Соответственно, емкость плоского конденсатора можно записать:
,
где d– расстояние между пластинами конденсатора.
П
32
.
Для характеристики степени ослабления внешнего поля внутри диэлектрика вводится диэлектрическая проницаемость , равная отношению напряженностей полей в отсутствие диэлектрика и с диэлектриком:
.
Соответственно, напряженность поля плоского конденсатора с диэлектриком и его емкость можно записать:
.