Лабораторные работы по физике (30)

Посмотреть архив целиком

НГТУ

Нижегородский Государственный Технический Университет.















Лабораторная работа по физике №2-30.


Экспериментальные исследования диэлектрических

свойств материалов.
















Выполнил студент

Группы 99 – ЭТУ

Наумов Антон Николаевич

Проверил:






Н. Новгород 2000г.

Цель работы: определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических свойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрических свойств материалов.


Теоретическая часть:


Схема экспериментальной установки.


В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) и PV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной d=2 мм).

Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель SA в положение 1. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем по вольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину, измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов с диэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.

Напряженность поля между пластинами в вакууме Е0 вычисляется по формуле: где При внесении пластины в это поле диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью . Эти заряды создают в диэлектрике поле , направленное против внешнего поля , и имеет величину: . Результирующее поле: . В электрическом поле вектор поляризации:, где - диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектора поляризации с плотностью связанных зарядов: . относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции . Этот вектор определяется только свободными зарядами и вычисляется как . В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет. Вектор D связан с вектором Е следующим соотношением .


Экспериментальная часть:

В данной работе используются формулы: , где S - площадь пластины конденсатора, d - расстояние между ними. Диэлектрическая проницаемость материала: . Для емкости конденсатора имеем: , где U1 - напряжение на RC цепи, U2 - напряжение на сопротивлении R, f - частота переменного сигнала. В плоском конденсаторе напряженность связана с напряжением U1 как:

Опыт №1. Измерение диэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов.

U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.


Материал

U2, мВ

Воздух

40

Стеклотекстолит

97

Фторопласт

61

Гетинакс

89

Оргстекло

76


СВ =176 пкФ; ССТ =429 пкФ;

СФП=270 пкФ; СГН=393 пкФ; СОС=336 пкФ;


; ;

; ;


Для гетинакса подсчитаем:

;

; ;

; ;

; ;

;


Расчет погрешностей:

; ; ;

;


;

(так как ).

;