Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Интересное:
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2017-09-10 | 481 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Цель работы: измерение диэлектрической проницаемости твердых диэлектриков.
Теоретическое введение
Диэлектриками называют вещества, которые в обычных условиях практически не проводят электрический ток (удельное сопротивление диэлектриков r =106¸1015 Ом.м. При внесении диэлектриков во внешнее электрическое поле происходит их поляризация, вследствие чего в любом макроскопически малом его объеме D V возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул. Количественной мерой поляризации диэлектрика является вектор поляризации (поляризованность):
, (1.1)
где – электрический дипольный момент i -ой молекулы, N – общее число молекул в объеме D V.
Опыт показывает, что в слабых полях, с которыми обычно имеют дело на практике, величина вектора поляризации пропорциональна напряженности электрического поля; вектор направлен так же, как и :
, (1.2)
где – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика (безразмерная величина),
e0=8.85.10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
В результате поляризации диэлектрика, помещенного в однородное электрическое поле, в тонких слоях, ограничивающих его поверхности, возникают не скомпенсированные связанные поверхностные поляризационные заряды σ′ (рис.1.1), а в неоднородном электрическом поле могут возникать еще и объемные поляризационные заряды. Согласно принципу суперпозиции, напряженность электрического поля в диэлектрике будет определяться векторной суммой напряженности внешнего электрического поля и напряженности поля , обусловленного не скомпенсированными поляризационными зарядами:
. (1.3)
Для изотропного диэлектрика, помещенного в однородное внешнее электрическое поле, эти векторы направлены в противоположные стороны, поэтому
|
, (1.4)
т.е. напряженность электрического поля в диэлектрике меньше напряженности этого поля в вакууме.
Напряженность поля связанных зарядов можно выразить через поверхностную плотность связанных зарядов (напряженность поля конденсатора):
. (1.5)
Поляризованность диэлектрика по определению (1.1) равна:
, (1.6)
где q ′= σ ′ S – величина связанного поляризационного заряда на всей поверхности диэлектрика, S – площадь обкладки конденсатора, l – расстояние между обкладками (толщина диэлектрика), q ′ l – электрический дипольный момент связанных зарядов, V = Sl – объем диэлектрика. (Предполагаем, что диэлектрик занимает весь объем конденсатора.)
Из (1.2), (1.4-1.6) получим:
,
откуда, решая уравнение , найдем:
.
Обозначим , тогда
. (1.7)
Величину e, численно равную отношению напряженности электрического поля в вакууме Е 0 к напряженности того же поля в диэлектрической среде Е, называют диэлектрической проницаемостью среды.
Согласно (1.4), e ³1 (e =1 для вакуума).
Экспериментальная часть
Приборы и оборудование: генератор переменного напряжения, электронный осциллограф, частотомер, микрометр и штангенциркуль, две металлические пластины, набор образцов диэлектриков, резистор с известным сопротивлением.
Схема и описание установки
Диэлектрическую проницаемость твердых диэлектриков можно определить, измеряя сопротивление плоского конденсатора переменному току. Принципиальная схема установки представлена на рис. 1.2.
. (1.8)
Далее, зная ёмкостное сопротивление конденсатора, из (1.9)
|
(1.9)
можно определить ёмкость:
. (1.10)
Учитывая, что и (D – диаметр обкладок конденсатора, d – расстояние между ними) для относительной диэлектрической проницаемости из (1.10) получим:
,
или
. (1.11)
Порядок выполнения работы
1. Ознакомьтесь с приборами и принципом действия измерительной установки.
2. Измерьте линейкой диаметр D обкладки конденсатора.
3. Измерьте микрометром толщину d исследуемых образцов. Запишите результаты в табл.1.1.
4. Приподняв верхнюю обкладку конденсатора, вставьте исследуемый образец между обкладками.
5. На генераторе ГЗ-118 установите произвольную частоту из диапазона от 50.102 Гц до 80.103 Гц.
6. На миллиамперметре нажмите кнопку «2». При этом предел измерения тока будет равен 2 миллиамперам, а результат индицируется в микроамперах. Включите приборы в сеть.
7. Рассчитайте цену деления вольтметра. Предел измерения вольтметра составляет 12 В. Измерения следует снимать по шкале вольтметра, помеченной «VA~» (вторая снизу шкала). Установите напряжение, даваемое генератором, в пределах 6÷10 В.
8. Запишите в таблицу 1.1 частоту ν генератора, напряжение U и силу тока I. При необходимости измените предел измерения амперметра до 200 микроампер, нажав кнопку «200»; при этом результат даётся в микроамперах.
9. Изменяя частоту и/или напряжение, сделайте ещё 2÷4 измерения с данным образцом.
Таблица 1.1
D =……м | |||||||||||
№ | Материал образца | d, м | n, Гц | Dn, Гц | U, В | Δ U, В | I, А | Δ I, А | e | e СР. | D e |
Стекло | |||||||||||
Оргстекло | |||||||||||
Текстолит | |||||||||||
Пенопласт | |||||||||||
10. Вычислите по формуле (1.11) значение e для исследуемого образца.
|
11. Рассчитайте среднее значение для данного материала, оцените погрешность.
12. Все результаты запишите в табл.1.11.
13. Замените образец. Повторите измерения по пунктам 5÷12. Проделайте измерения не менее чем для трех образцов.
14. Сравните полученные результаты с табличными, сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлена и как происходит поляризация диэлектриков в электрическом поле?
2. Дайте определение вектора поляризации.
3. Какую величину называют диэлектрической восприимчивостью?
4. Дайте определение диэлектрической проницаемости среды.
5. Как связаны диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость?
6. В чем заключается метод измерения диэлектрической проницаемости, используемый в работе?
7. Выведите формулу для вычисления e.
Используемая литература
[1] §§ 15.1, 15.2, 15.3;
[2] §§ 12.1-12.3;
[3] §§ 2.19, 5.66, 5.67, 5.68;
[4] т.2, §§ 15-19;
[5] §§ 87, 88.
Лабораторная работа 2-02
|
|
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!