Исследование электрического поля плоского конденсатора-1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа №1

Исследование электрического поля плоского конденсатора

Рис. 1. Установка для измерения напряженности электрического поля как функции напряжения и расстояния между пластинами.

Санкт-Петербург 2008

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цель работы: Измерение напряженности электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, определение электроемкости плоского конденсатора.

Общие сведения.

Известно, напряженность электрического поля E и потенциал связаны между собой соотношением

	E grad					(1)
	Ex	d	.
		dx
	В однородном электрическом поле соотношение (1) может быть представлено
	Ex			U	,	(2)
				x
	x

где U – напряжение между точками поля, которые находятся на расстоянии x ; Ex – проекция E на ось x.

Для электрического поля между пластинами плоского конденсатора, находящимися на расстоянии d, можно написать

			E Ud ,						(3)
где U – напряжение, подводимое на пластины конденсатора.
Электроемкость плоского конденсатора можно определить на основании измерения E
и U. Известно, что
E	q				q		0 SE
	S 0	,	C				U	,	(4)
					U
где 0 – электрическая постоянная, S – площадь пластин конденсатора, q – заряд
конденсатора.
С другой стороны C – можно рассчитать по формуле
Còåîð			0 S	.					(5)
			d

В работе следует:

1)Определить E при разных напряжениях, подаваемых на пластины конденсатора.

2)Исследовать зависимость E от d.

3)Определить электроемкость конденсатора в зависимости от d.

4)Сопоставить Сэксп. и Стеор.

Схема установки

Установка (рис. 1) состоит из источника питания (0 – 600 В); измерителя напряжения; измерителя электрического поля; плоского конденсатора с раздвижными пластинами, установленными на профильной скамье; соединительных проводов. Измеритель напряженности электрического поля прикреплен к правой пластине конденсатора и соединен с мультиметром. К пластинам присоединен мультиметр, измеряющий напряжение на пластинах, подаваемое от источника питания.

Порядок выполнения.

1 часть.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1)Проверить электрическую схему установки.

2)Установить пластины конденсатора на расстояние 10 – 15 см между ними.

3)Включить источник питания и измерительные приборы.

4)Подать напряжение 12 В (первый слева регулятор на источнике питания) и отбалансировать измеритель напряженности поля нулевым напряжением.

5)Для балансировки необходимо: на самом чувствительном пределе измерителя напряженности электрического поля (зажечь светодиод кнопкой “Range” на верхнем

	канале, рис. 2)			поворотом	ручки	балансира		“	”
									0
	добиться показания нуля на мультиметре, измеряющем
	напряженность электрического поля (контакты с этого
	мультиметра подсоединены к верхним разъемам на рис. 2).
	При этом, показания напряженности электрического поля
	на данном мультиметре следует умножать на 100. При
	больших напряженностях поля (если мультиметр
	показывает больше 10 В) следует перейти на следующий
	предел 10 кВ/м (загорится соответствующий светодиод) и
	показания мультиметра в этом случае следует умножать на									Рис. 2 Балансировка
	1000;	на	нижнем пределе		(100 kV/m)		соответственно
										измерителя напряженности
	показания		мультиметра следует			умножить		на	10 000.
										и пределы измерений
	Полученный			результат	будет		соответствовать
	напряженности поля в конденсаторе, выраженным в В/м.
	6)	Подать на пластины конденсатора напряжение 200 Вольт (третий слева регулятор

на источнике питания; точность данного значения проверять на вольтметре, присоединенном параллельно к пластинам конденсатора). С мультиметра, подсоединенному к измерителю напряженности, записать в таблицу 1 показания напряженности электрического поля при разных расстояниях между пластинами.

Таблица 1.

№	d	Eэксп	U	Eтеор	Сэксп	Стеор
	см		В	В/м	Ф	Ф
1	12		200
2	10
3	8
…	…

7) Отключить источник питания и установить пластины на меньшее расстояние и, снова сбалансировать измеритель напряженности электрического поля.

В Н И М А Н И Е !

Передвигать пластины конденсатора можно только при

снятом напряжении с конденсатора. На конденсаторе высокое напряжение!!!

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

8)Подать напряжение 200 В и измерить напряженность при новом расстоянии

9)Выполнить пункты 6 , 7 и 8 для других расстояний.

10)По формуле (4) найти Сэксп.

11)Зная параметры пластин, рассчитать Стеор по формуле(5)

2 часть.

Измерение напряженности электрического поля в зависимости от напряжения.

1)Установить пластины на фиксированное расстояние.

2)Выполнить пункты 3-5 и снять зависимость E от U, занося данные в таблицу.

Таблица 2.

№	d	U	Eэксп	Eтеор
	см	В
1	10	50
2		75
3		100
…		…

Обработка результатов.

1)По данным таблицы 1 рассчитать Eтеор по формуле (3) и сопоставить с экспериментальными данными.

2)По данным таблицы 1 определить Сэксп по формуле (4) и сопоставить с результатами Стеор, рассчитанной по формуле (5).

3)Построить график зависимости E от d при разных U.

4)Построить график зависимости С от d.-

5)Рассчитать потенциал как функцию координаты. по формуле: - 0 Е x

6)Построить эквипотенциальные поверхности при фиксированных U и d.

7)Рассчитать погрешности измеренных величин.

Содержание отчёта

Отчёт оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ.

Контрольные вопросы

1.Что такое напряженность, потенциал электрического поля, электроёмкость?

2.Что такое однородное электрическое поле? Как изменяется потенциал в однородном электрическом поле?

3.От чего зависит напряженность электрического поля, электроёмкость конденсатора?

4.Как влияет диэлектрик на электрическое поле и электроёмкость?

5.Что такое эквипотенциальная поверхность, силовая линия поля? Как ориентированы эквипотенциальные поверхности?

Дополнительное задание

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1...Рассчитать силу взаимного притяжения пластин (формулу для силы взаимодействия между пластинами вывести самостоятельно) и построить график зависимости силы притяжения от напряжения и от расстояния 2.Рассчитать энергию конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами. Построить соответствующие графики.

5