- •Общая физика
- •Часть 2 Электричество и магнетизм
- •Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Правила построения графиков
- •Лабораторная работа № 1 изучение электронного осциллографа
- •Назначение, общая характеристика и описание электронного осциллографа
- •Электронно-лучевая трубка
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Задание 1. Наблюдение формы сигнала звукового генератора, измерение его частоты
- •Задания для отчета
- •Лабораторная работа № 2 исследование электростатического поля с помощью электропроводной бумаги
- •Порядок выполнения работы
- •Задание 2. Исследование поля цилиндрического конденсатора
- •Задания для отчета
- •Лабораторная работа № 3 измерение емкости конденсатора и диэлектрической проницаемости
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 4 изучение зависимости мощности и кпд источника тока от нагрузки
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Задания для отчета
- •Лабораторная работа № 5 измерение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Задания к отчету
- •Обработка экспериментального графика методом наименьших квадратов
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
Описание установки
Разборный конденсатор смонтирован на модуле МО-3. Нижняя пластина-1 присоединена к клеммам "1" на модуле (рис.1). Верхняя пластина-2 - съемная, она позволяет заменять диэлектрик конденсатора. Для измерения предлагаются три съемных диэлектрических пластины и воздушный зазор.
Толщина пластин диэлектрика и площадь пластин конденсатора указана в табл. 1. Верхняя пластина располагается на упорах 3, обеспечивающих воздушный зазор между пластинами шириной 2 мм. Конденсатор размещен на основании 4, соединенном с общим проводом "4". Подключение к верхней пластине конденсатора производится через клемму 5 в центре пластины.
Рис. 1. Разборный конденсатор
Порядок выполнения работы
Задание 1. Измерение электрической емкости конденсатора.
1. Соберите электрическую цепь по схеме на рис. 2. В качестве вольтметра можно использовать электронный осциллограф с входным делителем напряжения. Емкость конденсатора C0 = 10,8 нФ.
2. Включите генератор и осциллограф в сеть. Установите частоту генератора ν =3 кГц, напряжение U = (7 – 10) В.
3.Измерьте напряжение U и UC0. Результаты измерений занесите в табл. 1.
4.Проделайте измерения со всеми пластинами диэлектрика.
5.Рассчитайте емкость конденсатора при всех данных в работе диэлектриках по формуле (3)
Рис. 2. Электрическая схема
к заданию 1
(3)
6 . Используя формулу (2), рассчитайте диэлектрическую проницаемость каждого диэлектрика по формуле (4).
(4)
7. Результаты расчетов занесите в табл.1.
Таблица 1
Диэлектрик |
d , мм |
S , м2 |
U, В |
UCo, В |
С, пФ |
ε |
Стекло |
4,9 |
2,3 10-2 |
|
|
|
|
Оргстекло |
4,1 |
2,3 10-2
|
|
|
|
|
Текстолит |
4,1 |
|
|
|
|
|
Воздух |
2.0 |
|
|
|
|
|
1.Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 3. Проведите измерения аналогичные измерениям в упражнении 1 по пунктам 2-4.
2. Результаты измерений занесите в табл. 2.
3. Рассчитайте емкость С и диэлектрическую проницаемость конденсаторов по формулам (3) и (4). Рис.3. Электрическая схема
Заполните табл. 2. (R0 = 9,8кОм). к заданию 2
Таблица 2
Диэлектрик |
d , мм |
S , m 2 |
UR, В |
UC, В |
С, пФ |
ε |
Стекло |
4,9 |
23 10-2 |
|
|
|
|
Оргстекло |
4,1 |
2,3 ·10-2 |
|
|
|
|
Текстолит |
4,1 |
|
|
|
|
|
Воздух |
2.0 |
|
|
|
|
|
Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные диэлектрики. Поверхностная плотность связанных зарядов.
Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической поляризации и вектор электрического смещения.
3. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике.
Электроемкость проводников. Конденсаторы. Расчет емкости плоского цилиндрического и др. конденсаторов. Соединения конденсаторов. Емкостное сопротивление.
Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии.
6. В однородном поле находятся вплотную прижатые друг к другу пластины из слюды и текстолита так, что силовые линии перпендикулярны пластинам. Напряженность поля в текстолите EТ = 60 В/м. Найти напряженность поля в слюде и вне пластины.
7. Расстояние между обкладками плоского конденсатора увеличивают. Как изменится: а) электроемкость конденсатора, б) напряженность электрического поля, в) напряжение. Рассмотреть два случая: 1) конденсатор заряжен и отключен от источника напряжения; 2) конденсатор подключен к источнику напряжения.
8. Плоский конденсатор состоит из двух пластин, площадью S=200 см2 каждая, расположенных на расстоянии d=2 мм друг от друга, между которыми находится слой слюды. Какой наибольший заряд можно сообщить конденсатору, если допустимое напряжение U=3 кВ?
9. К воздушному конденсатору, напряжение на котором U1=210 В, присоединили параллельно такой же незаряженный конденсатор, но с диэлектриком из стекла. Какова диэлектрическая проницаемость стекла, если напряжение на зажимах батареи стало U=30 В.
10. Пространство между обкладками плоского конденсатора заполнено двумя слоями диэлектрика толщиной d1 и d2, которые параллельны обкладкам конденсатора. Диэлектрические проницаемости диэлектриков ε1 и ε2 соответственно. Площадь пластин S. Найти емкость конденсатора C.
11. Плоский конденсатор заполнен диэлектриком и на его пластины подана некоторая разность потенциалов. Его энергия при этом равна 2·10-5 Дж. После того, как конденсатор отключили от источника напряжения, диэлектрик вынули из конденсатора. Работа, которую надо было совершить против сил электрического поля, чтобы вынуть диэлектрик, равна 7·10-5 Дж. Найти диэлектрическую проницаемость диэлектрика.