- •Федеральное агентство по образованию
- •1.Краткие теоретические сведения
- •1.1.Полярные и неполярные молекулы
- •1.2. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
- •1.3Поляризация диэлектриков
- •1.4. Поле внутри диэлектрика. Свободные и связанные заряды
- •1.5. Вектор электрического смещения
- •1.6.Условия на границе двух диэлектриков
- •2.Описание лабораторной установки
- •3. Методика эксперимента
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
- •6. Содержание отчета
- •7. Список литературы
2.Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает в себя конденсатор 2 с подвижными пластинами, установленный на основании 1, и измеритель 3 емкости ИЕ цифровой Е8-4 (рис. 7). Расстояние между пластинами 2 плоского конденсатора регулируется с помощью винта 4. Нижняя пластина 5 жестко крепится к основанию 1, а верхняя выполнена подвижной. Конденсатор подсоединен к входу измерителя емкости 3. Работа ИЕ основана на зарядке измеряемого конденсатора от источника сигнала переменного тока стабильной формы, амплитуды и частоты с последующим дифференцированием, выделением постоянной составляющей на синхронном детекторе и фиксацией ее измерительным устройством. На передней панели прибора расположены тумблер “Сеть” и “клеммы Сx” для подключения измеряемого конденсатора. Отчет измеренной емкости ведется по цифровому табло.
3. Методика эксперимента
Для определения диэлектрической проницаемости вещества в работе использован плоский конденсатор 2 (рис.7). Он состоит из двух плоских одинаковых пластин , расстояние между которыми, причем, что дает возможность считать пластины бесконечными плоскостями. Заряды пластини. Тогда поверхностная плотность заряда. Напряженность поля, создаваемого бесконечной заряженной плоскостью
; .
Поле плоского конденсатора локализовано в пространстве между его обкладками (пластинами). Если ось ОХ проведена перпендикулярно пластинам конденсатора в направлении от положительно заряженной пластины () к отрицательно заряженной (), то напряженность поля между пластинами (рис.8) равна
, или ,
здесь – диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей конденсатор.
Из формулы, связывающей напряженность и потенциал, имеем
.
Тогда разность потенциалов пластин .
Электроемкость конденсатора равна
. (15)
4. Порядок выполнения работы
1. Включить измеритель емкости в сеть посредством шнура с вилкой.
2. Перевести тумблер на лицевой панели ИЕ «Сеть» в верхнее положение, при этом должна загореться шкала прибора.
3. Подключить к клеммам “” конденсатор.
4. Для трех значений зазора между пластинами определить емкость конденсатора без диэлектрика. Результаты измерений занести в таблицу 1.
5. По формуле (15) рассчитать теоретическое значение емкости .
Таблица 1.
№ П/П | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
6. Вычислить и оценить точность эксперимента.
7. Для каждого из трех диэлектриков произвести измерение емкости конденсатора с диэлектриком не менее 5 раз. Необходимо плотно прижимать обкладки конденсатора к пластине из диэлектрика. Результаты эксперимента свести в табл. 2.
8. По формуле (15) вычислить диэлектрическую проницаемость в каждой серии опытов.
Таблица 2.
Вещество |
№ П/П | ||||
|
1 . 5 ср. |
|
|
|
|
9. Произвести исследование границ применимости формулы (3.1). Для этого повторить п.п. 8-10 для 20 значений : от 0,5см до 5см с шагом 0,5см.
10. Установить диапазон изменений , в котором отклонение емкости отне более 30%.
11. Построить зависимость погрешности от величины заряда.
12. Установить в конденсатор один из диэлектриков, емкость которого Вы определили (табл.2). Величину зазора выбрать больше толщины пластины. Определить емкость полученной системы.
Вывести формулу для теоретического расчета емкости в этом случае. Сравнить теоретическое и экспериментальное значения.