Лабораторная работа №1-v определение диэлектрической проницаемости ε различных материалов - korshu.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа 1 «Наблюдение клеток растений и животных под... 5 498.42kb.
Лабораторная работа №1 Тема: «Смеси и примеси. Приготовление дисперсных... 7 631.32kb.
Исследовательская работа по биологии «Определение содержания нитратов... 1 329.16kb.
Лабораторная работа №3 Создание вводной презентации 1 101.72kb.
Лабораторная работа №5 Тема : Вставка рисунков и объектов в документ... 1 95.93kb.
Лабораторная работа №1 III. Lc генератор. Цель: ознакомиться с работой... 2 259.25kb.
Лабораторная работа №2 Эталонные страницы и страницы содержимого 1 246.28kb.
Нашей сегодняшней встречи «Что такое драка, причины ее возникновения». 1 64.87kb.
Изготовление различных сортов мыла и исследование их качества 1 212.3kb.
Региональных стандартов технологий исследования функции органов и... 13 2047.94kb.
Положение о публикациях в интернет-журналах педагогического мастерства... 1 161.49kb.
В страны южные Цареградские 1 50.11kb.
Инструкция по работе с сервисом «sms-платеж» 1 218.94kb.

Лабораторная работа №1-v определение диэлектрической проницаемости ε различных материалов - страница №1/5



V цикл

Электро-статика



Лабораторная работа №1-V

Определение диэлектрической проницаемости ε
различных материалов

В разработке идеи лабораторной работы в 2000 г. принимали участие учащиеся 10 «Б» класса Нижегородского лицея №40 Е. И. Шмелёв и И. В. Изотов. 



Цель работы: определить εм предложенных образцов различных материалов.

Оборудование: звуковой генератор Г 3-102, измеритель ёмкости Ц 4315, пластины из гетинакса (1), текстолита (2), оргстекла (3), резины (4), стеклотекстолита (5), стекла (6), линейка ученическая; эталонный конденсатор 120 пФ, раздвижной конденсатор с микрометрическим винтом.

Содержание и метод выполнения работы

Ёмкость конденсатора с воздушным диэлектриком (рис. 1)



, (1)

г



Рис. 1

де ε0 – диэлектрическая проницаемость воздуха; S – площадь пластины конденсатора, S = hl, где h – ширина пластины, l – её длина; d – расстояние между пластинами конденсатора.

Если между пластинами конденсатора поместить пластину из диэлектрика, ёмкость конденсатора изменится. Следует рассмотреть 4 варианта расположения диэлектрической пластины между пластинами конденсатора.

Обозначим: dв – толщину воздушного промежутка, dм – толщину диэлектрической пластины, lВ – длину воздушной части конденсатора, lм – длину части конденсатора, заполненной диэлектриком, εм – диэлектрическую проницаемость материала. Если учесть, что l = lв + + lм, а d = dв + dм, то эти варианты можно рассмотреть для случаев:

1. lв = 0, dв = 0;

2. lв = 0, dв ≠ 0;

3. lв ≠ 0, dв = 0;

4. lв ≠ 0, dв ≠ 0.

В первом случае мы имеем конденсатор с твёрдым диэлектриком:

С = εмεоЅм / dм. (2)

Второй случай. Можно догадаться, что перед нами два конденсатора, включенных последовательно. В одном диэлектрик – воздух (ε0), в другом – исследуемый материал (εм).



; . (3)

В третьем случае мы видим два параллельно включенных конденсатора с разными диэлектриками.

Четвёртый, более сложный случай, можно рассмотреть самостоятельно (т. е. получить выражение (4)).

Из выражений (2), (3) и (4) можно найти εм исследуемого материала.



Порядок выполнения работы

1. Подготовить приборы к измерениям.

Установить на генераторе Г 3-102 частоту 20 кГц; переключатель пределов измерения вольтметра генератора поставить в положение «3 В»; включить питание прибора и через 1 мин ручкой «Рег. выхода» установить 1 В по вольтметру прибора.

Прибор Ц 4315 перевести в режим измерения ёмкостей, для чего установить переключатель рода работ в положение «пФ», правую клавишу переключателя нажать в режиме «~ Сx».

П


Рис. 2

одсоединить эталонный конденсатор 100 пФ к приборам так, как указано на рис. 2. (К прибору Ц 4315 конденсатор подключить в гнездо «*».) Откалибровать оборудование, для чего, вращая ручку «Рег. выхода» генератора, установить стрелку прибора Ц 4315 на деление 100 пФ.

Приборы готовы к измерениям.

2. Вместо эталонного конденсатора подсоедините раздвижной лабораторный конденсатор с микрометрической головкой (1 дел. – 0,01 мм; 1 полный оборот – 0,5 мм). Для предлагаемых образцов материалов определите εм. Проведите исследования для случаев 1, 2, и 3 (см. содержание и метод выполнения работы).

3. Дополнительное задание: определите εм резины четвёртым методом.



Лабораторная работа №2-V

Зависимость ёмкости конденсатора от площади пластин
и расстояния между ними


Цель работы: исследовать зависимость ёмкости конденсатора от площади пластин и от расстояния между ними.

Оборудование: звуковой генератор ЗГ-10, измеритель ёмкости конденсаторов, эталонный конденсатор 120 пФ, два конденсатора неизвестной ёмкости; раздвижной лабораторный конденсатор.

Содержание и метод выполнения работы

Ёмкость конденсатора. Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделённые слоем диэлектрика, образуют конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряжённость электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины:



, (1)

где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между пластинами.

Физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к разности потенциалов Δφ между обкладками конденсатора, называется электроёмкостью конденсатора:

С = q /(φ1 – φ2). (2)

Единица электроёмкости. Единица электроёмкости СИ – Фарад (сокращённо: Ф). Ёмкостью в 1 Ф обладает такой конденсатор, разность потенциалов между обкладками которого равна 1 В при сообщении обкладкам разноимённых зарядов по 1 Кл: 1 Ф = 1 Кл/1 В.

Ёмкость плоского конденсатора. Формулу для вычисления электроёмкости плоского конденсатора можно получить, используя выражение (1). В самом деле, напряжённость поля

Е = φ/εε0 = q/εε0S,

где S – площадь пластины. Поскольку поле однородное, то разность потенциалов между обкладками конденсатора равна

σ1 – σ2 = Еd = qd/εε0S,

где d – расстояние между обкладками. Подставив в формулу (2), получим выражение для электроёмкости плоского конденсатора:



С = εε0S/d. (3)

Устройство и типы конденсаторов. Выражение (3) показывает, что электроёмкость конденсатора можно увеличить путём увеличения площади S его обкладок, уменьшения расстояния d между ними и применения диэлектриков с большими значениями диэлектрической проницаемости ε.

По типу используемого диэлектрика конденсаторы называются бумажными, керамическими, воздушными, слюдяными.

В качестве измерителя ёмкости в лабораторной работе используются соединённые последовательно звуковой генератор и микроамперметр. Так как звуковой генератор имеет встроенный вольтметр для измерения выходного напряжения, появляется возможность для относительно грубого измерения ёмкости применить метод вольтметра и амперметра. Зная частоту , напряжение U и ток I, величину ёмкости Сх можно вычислить по формуле

.

Если частоту генератора и его выходное напряжение поддерживать постоянными, то величина тока через конденсатор будет пропорциональна ёмкости конденсатора.



Порядок выполнения работы

  1. Ознакомиться с оборудованием.

  2. У


    Рис. 1
    становить на звуковом генераторе ЗГ-10 частоту 20 кГц, ручку регулятора выходного напряжения установить в крайнее левое положение, ручку «Rвых» – в положение 5000 Ом, ручки «затухание» в положение «10 дБ» и «10 дБ».

3




Рис. 2
. Включить питание ЗГ-10, прогреть прибор 2 – 3 мин. Подсоединить блок с микроамперметром к ЗГ-10 согласно схеме, приведённой на рис. 1.

4. Подключить эталонный конденсатор 120 пФ к гнёздам 3–4 (или 1–2). Ручкой регулировки выходного напряжения ЗГ-10 увеличить напряжение генератора до значения, при котором стрелка микроамперметра установится на делении 17 μА.

Этому значению тока на калибровочном графике (рис. 2) соответствует ёмкость 120 пФ при частоте 20 кГц и получившемся при калибровке напряжении ЗГ-10.

Теперь приборы откалиброваны и готовы к измерениям.

5. Измерьте ёмкости 2 конденсаторов неизвестной ёмкости, включая их в гнёзда 3–4 (или 1–2).

6




Рис. 3

d
. Включая эти конденсаторы параллельно и последовательно (в гнёзда 1–2 и 3–4 параллельно, а в гнёзда 3–5 и 4–6 последовательно), измерьте общие ёмкости получившихся соединений конденсаторов. Проверьте экспериментальные данные расчётом.

7
S


. Исследуйте зависимость ёмкости раздвижного конденсатора от площади пластин S и от расстояния между пластинами d (см. рис. 3).

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены конденсаторы?

2. Как устроен конденсатор?

3. Что называется электроёмкостью конденсатора?

4. От чего зависит ёмкость конденсатора?

5. Для чего пространство между обкладками конденсатора заполняется диэлектриком?



Лабораторная работа №3-V

Определение ёмкости конденсатора
баллистическим методом


Цель работы: понять и освоить баллистический метод измерений.

Оборудование: набор конденсаторов неизвестной ёмкости, источник питания 4 В, соединительные провода, баллистический гальванометр, лабораторная установка с магазином конденсаторов известной ёмкости.

Содержание и метод выполнения работы

Е




Рис. 1
сли заряжать конденсатор постоянной ёмкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать его через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отбрасываться по шкале на одно и то же число делений. При конденсаторах другой ёмкости гальванометр покажет иную величину отброса стрелки.

Можно доказать что «угол отброса» стрелки гальванометра оказывается пропорциональным заряду, протекающему через гальванометр, если время протекания заряда мало по сравнению с периодом собственных колебаний подвижной системы гальванометра. Такой метод измерений называется баллистическим.

Очевидно, имея конденсаторы известной ёмкости (эталоны), можно опытным путём убедиться, что число делений n, на которое отбрасывается стрелка гальванометра, прямо пропорционально С – ёмкости конденсатора (заряд q С при одном и том же напряжении) n = кС. Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности .

А зная этот коэффициент и повторив опыт с конденсатором неизвестной ёмкости, можно по отбросу стрелки гальванометра определить ёмкость этого конденсатора.

Л


Рис. 2
абораторная установка (рис. 2) состоит из магазина конденсаторов известной ёмкости, переключателя SА1, с помощью которого можно подключать выбранный конденсатор (С1С6), а также конденсатор неизвестной ёмкости Сх. Кнопочный переключатель SВ1 отключает установку от источника питания и подключает заряженный конденсатор к измерительному прибору.

Порядок выполнения работы


  1. Включите питание прибора. Подключите любой выбранный конденсатор.

  2. Сосредоточив внимание на стрелке прибора, нажмите кнопку SВ1. Необходимо заметить на шкале деление, до которого будет отброшена стрелка. Опыт повторите три раза для вычисления среднего значения.

  3. Повторите эксперимент с другими конденсаторами известной ёмкости. Результаты измерений запишите в таблицу.

  4. Установите переключатель SА1 в положение Сх. Используя провода с зажимами «крокодил», подключите любой из конденсаторов неизвестной ёмкости. Зная k и nx, определите Сх.

  5. Так же определите ёмкости других неизвестных конденсаторов.

  6. Подсчитайте ёмкость двух исследуемых конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении.

Проверьте полученные результаты при помощи эксперимента.



Ёмкость
конденсатора,
мкФ

Число
делений
по шкале прибора
n

Среднее
значение
отброса стрелки
nср

Коффициент
пропорциональности

к = nср/С

















Лабораторная работа №4-V

Электризация через влияние (электрическая индукция)

Цель работы: исследовать закономерности электризации через влияние.

Оборудование: палочки из тефлона и органического стекла, салфетки бумажная и шерстяная, два электроскопа с металлическими шарами.

Содержание и метод выполнения работы

О




Рис. 1

+

Положительный потенциал
электрического поля
уменьшается

Отрицательный потенциал
электрического поля
уменьшается

Нулевой
уровень


бласть пространства вокруг заряженного тела имеет разные потенциалы электрического поля на различных расстояниях от этого тела. Потенциал поля уменьшается с увеличением расстояния (рис. 1).

Н




следующая страница >>