Лабораторна робота 3-4




Скачати 81.12 Kb.
НазваЛабораторна робота 3-4
Дата конвертації10.07.2013
Розмір81.12 Kb.
ТипДокументы
skaz.com.ua > Фізика > Документы



Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра „Фізика

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3-4
Визначення діелектричної проникності речовини”


Роботу виконав: студент(ка)



(прізвище, ім’я, по-батькові)



(курс) (група)

„ „ 20 р.


Роботу прийняв:



(прізвище та ініціали викладача)



(посада)
Оцінка:

за знання теорії

(оцінка, бал)

за провед. експер.

(оцінка, бал)

підсумкова (оцінка, бал)


(дата і підпис викладача)

^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3-4
ВИЗНАЧЕННЯ ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРОНИКНОСТІ РЕЧОВИНИ

Мета роботи: ознайомлення з роботою мостової схеми, та визначення діелектричної проникності речовини.
^ Прилади і матеріали: лабораторна установка.
Теоретичні відомості
Діелектрик, як і всяка речовина, складається з атомів та молекул. Позитивний заряд їх є зосереджений в ядрах атомів, а негативний – в електронних оболонках атомів та молекул. Оскільки позитивний заряд усіх ядер дорівнює за модулем сумарному заряду електронів, то молекули та атоми в цілому нейтральні. Якщо в молекулі центри розміщення позитивних зарядів не співпадають з центрами негативних зарядів, то така молекула має дипольний момент і має назву – полярна молекула. У діелектрику, який складається з полярних молекул, при відсутності зовнішнього електричного поля, результуючий дипольний момент дорівнює нулю. Це зв’язано з тим, що у речовині дипольні моменти полярних молекул внаслідок їх теплового руху орієнтовані у просторі хаотично. Якщо помістити такий діелектрик у зовнішне електричне поле, дипольні моменти орієнтуються вздовж поля. В результаті чого в діелектрику виникає дипольний момент. Явище, яке зв’язано з виникненням дипольного момента називається – полярізацією діелектрика. Механізм виникнення дипольного моменту в діелектрику з полярними молекулами називається – орієнтаційним.

Але, існують молекули, у яких центри розміщення позитивних та негативних зарядів співпадають, тому вони не мають дипольного моменту. Такі молекули називаються – неполярними. Однак, під впливом зовнішнього електричного поля центри розміщення позитивних та негативних зарядів зміщуються, і молекула набуває дипольного моменту. Цей дипольний момент називається індукованим. Внаслідок цього діелектрик з неполярними молекулами також поляризується. Такий механізм поляризації називається – електронним.

Дипольний момент, віднесенний до одиниці об’єму діелектрика називається – поляризованністю. Поляризованість є кількісною характеристикою поляризації.

, (7.1)

де - деякий об’єм діелектрика, - дипольний момент однієї молекули, - сумарний дипольний момент усіх молекул, які входять до об’єму .
Експериментально підтверджено, що для великої кількості діелектриків поляризованість лінійно залежить від напруженості електричного поля

, (7.2)

де - діелектрична сприйнятливість речовини.

Якщо, уявити діелектрик у вигляді пластини, товщина якої набагато менша її ширини та довжини, та внаслідок поляризації, на одній грані такої пластини виникає надлишковий позитивний заряд, а на іншій – негативний.

Ці заряди називаються поляризаційними. Сумарний дипольний момент такого діелектрика визначається як сума дипольних моментів диполів які утворюють поляризаційний заряд.

Введемо

- точковий поляризаційний заряд;

- відстань між поляризаційними зарядами протилежних знаків;

- площа пластини діелектрика;

- об’єм пластини діелектрика;

- поверхнева густина поляризаційних зарядів.

Звідси, поляризованість діелектрика буде дорівнювати



Виникнення поляризаційних зарядів на поверхні діелектрика призводить до появи додаткового електричного поля , яке має напрям протилежний до напрямку зовнішнього поля . Результуюче поле всередені діелектрика є

. (7.3)

Величина визначаться за формулою для електричного поля яке утворюється двома протилежно зарядженими паралельними площинами.

. (7.4)

З (7.3) та з урахуванням (7.2), (7.4) маємо

.

Звідси отримуємо

(7.5)

Величина назвається діелектичною проникністю, вона визначає у скількі разів напруженність електричного поля в вакуумі є більшою ніж в діелектрику.

Електрична ємність плоского конденсатора визначається за формулою

, (7.6)

- відносна діелектрична проникність діелектрика, який розташований між обкладинками конденсатора,

- електрична стала,

- площа пластин конденсатора,

- відстань між пластинами.

З цієї формули бачимо, що електрична ємність конденсаора прямо пропорційна діелектричній проникності. Чим більше тим більше електрична ємність. Якщо між обкладинками конденсатора вакуум (або повітря), то електрична ємність визначається як

. (7.7)

Тоді можна сказати, що діелектрична проникність показує у скільки разів електрична ємність конденсатора, між обкладинками якого знаходиться діелектрик, більше ніж електрична ємність конденсатора між обкладинками якого знаходиться вакуум

. (7.8)

Використовуючи це співвідношення, можна визначити дослідним шляхом діелектричну проникність речовини. Для визначення електричної ємності в данній роботі використовується мостова схема. Чотирьохплечовий міст містить два конденсатори та , а також два резистора , . Точки моста мають назву вершини, ланцюг між двома суміжними точками – плече моста. В діагональ моста підключено джерело змінного струму, а в діагональ вимірювальний пристрій.

Процес визначення електричної ємності зводиться до врівноваження моста, тобто до вирівнювання потенціалів у точках . Для змінного струму з циклічною частотою виконується закон Ома, якщо опір конденсатора визначити за формулою

. (7.9)

В урівноваженному мості різниця потенціалів між точками і дорівнює різниці потенціалів між точками і . Струм через дорівнює струму через , а струм через дрівнює струму через . Звідси отримуємо:

. (7.10)

Виразимо з першого рівняння та підставимо до другого, тоді

.

Скоротивши на одержуємо

.

Отже

.

Звідси електрична ємність невідомого конденсатору визначається як

. (7.11)

В данній лабораторній роботі є три невідомих конденсатора . Вони мають однакові геометричні розміри, але відрізняються один від одного лише діелектриком який розташований між площинами конденсатора. В одному з них (в якому саме невідомо) діелектриком виступає повітря, тобто діелектрична проникність , таким чином електроємність цього конденсатора буде найменша. Якщо ми поділимо електричні ємності двох інших конденсаторів на електричну ємність повітрянного конденсатора, то отримуємо відповідні діелектричні проникності.
^ Послідовність виконання роботи


  1. Підключити установку до мережі. Встановити перемикач в положення .

  2. Побачити на екрані осцилографа горизонтальну смугу.

  3. Перемикаючи магазин опорів , слідкувати за висотою смуги. Знайти таке положення перемикачів магазину при якому висота смуги буде мінімальна. В цьому випадку міст буде врівноважений. Занести відповідні данні до таблиці.

  4. Повторити знаходження опору для конденсаторів .

  5. Обчислити діелектричну проникність для кожного конденсатора.

  6. Обчислити відносну та абсолютну похибки.



Контрольні питання


  1. Що таке електрична ємність відокремленого провідника? В чому вимірюється електрична ємність?

  2. Що таке конденсатор, та як він побудований?

  3. Чому дорівнює електрична ємність плоского конденсатора?

  4. Який напрямок має вектор напруженості електричного поля в плоскому конденсаторі?

  5. Чому дорівнює напруженість електричного поля в конденсаторі?

  6. Як змінюється електрична ємність конденсатора при наявності діелектрика між його обкладанками?

  7. Чим пояснюється вплив діелектика на напруженість електричного поля в конденсаторі?

  8. Поясніть механізм поляризації діелектрика.

  9. Який фізичний зміст діелектричної проникності?

  10. Чому дорівнює об’ємна густина енергії в плоскому конденсаторі?


Звіт про виконану роботу


  1. Робоча формула:

- невідома електрична ємність.

    1. Величини, що вимірюються:

- електричні опори для трьох випадків. = Ом.

    1. Табличні величини:

;

    1. Величини, що обчислюються:

- електричні ємності; .

2. Результати експерименту




R,

Ом

,

Ом

1




5

2




5

3




5


Результати експерименту підтверджую

(дата і підпис викладача)
3. Обробка результатів експерименту

Обчислимо невідоми електричні ємності:







Найменше значення відповідає електричної ємності повітрянного конденсатора. Тобто

Знаходимо діелектричні проникності інших діелектриків




Визначення відносної похибки:

,

,

.

Таким чином, відносні похибки для трьох електричних ємностей є







Абсолютні похибки

мкФ,

мкФ,

мкФ.

Відносні похибки для відповідних діелектричних проникностей є

.

Таким чином







  1. Висновки:


Схожі:

Лабораторна робота 3-4 iconЛінійні програми на С++ Лабораторна робота №3
Лабораторна робота № Форматний ввід/вивід у мові С/С++
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №3. Обробка текстових файлів за допомогою фільтрів. Редактор sed
Лабораторна робота № Організація файлової системи в unix. Команди для роботи файлами в Unix (Linux)
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №16-Б. Перехідні процеси в послідовному колі r-l-c
Лабораторна робота №16. Перехідні процеси в лінійних електричних колах
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота № Експериментальні дослідження тригерів у програмах...
Лабораторна робота № Експериментальні дослідження тригерів у програмах Electronics Workbench
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №51 Визначення магнітного поля на осі соленоїда Мета роботи
Прилади й матеріали: лабораторна установка для визначення магнітного поля на осі соленоїда в залежності від координати
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №1 Робота в середовищі Pascal abc мета роботи
Мета роботи: Навчитися працювати з середовищем Pascal abs, проводити запуск програм на виконання
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №3
Ознайомитись з загальними відомостями про управління інтерфейсом користувача в ос android
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №2
Методи onCreate(), onStart(), onResume(), onPause(), onRestart(), onStop(), onDestroy()[1,3]
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №1
Назва: Дослідження організації та функціонування мережної операційної системи на прикладі ос android
Лабораторна робота 3-4 iconЛабораторна робота №5
Мета роботи: експериментально І аналітично перевірити теорему про активний двополюсник
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2015
звернутися до адміністрації
skaz.com.ua
Головна сторінка