ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема работы: Исследование электрического поля плоского конденсатора

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

II Краткое теоретическое содержание:

Явление, изучаемые в работе: электростатическое поле (ЭСП), т.е. образование электростатических зарядов и полей.

ЭСП плоского конденсатора - один из видов материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами и частицами вещества.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. Обкладкам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками в конденсаторе. Этому условию удовлетворяют: 1) две плоские параллельные пластины; 2) два коаксиальных цилиндра; 3) две концентрические сферы.

Основными физическими параметрами ЭСП являются напряженность поля и потенциалы его отдельных точек. Напряженность ЭСП — векторная величина; определяется отношением силы F, действующей на точечный заряд q, к величине этого заряда, измеряется в вольтах на метр (В/м).

(1)

Энергетические характеристики ЭСП определяются потенциалами точек поля. Потенциалом  электростатического поля называется скалярная величина, определяемая потенциальной энергией

---

W единичного положительного заряда q, помещенного в эту точку:

(2)

Другими словами, потенциал есть отношение работы сил поля по перемещению заряда из данной точки поля на бесконечность, отнесенной к величине переносимого заряда.

Напряженность ЭСП – Векторная величина, определяемая силой F, действующей на единичный точечный заряд q.
III Схема установки:

2 5 3 V 1 200 V 12 V 4 V

Общий вид лабораторной установки – 1. источник питания; 2. плоский конденсатор; 3 и 4. измеритель напряженности электрического поля; 5. вольтметр (мультиметр в режиме вольтметра)

IV Основные расчетные формулы:

1) Напряженность электрического поля:

---

где, U – напряжение на пластинах конденсатора, В

d – расстояние между пластинами, м

2) Ёмкость конденсатора:





где, – электрическая постоянная,

S – площадь одной из пластин конденсатора, м²





ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами конденсатора (для воздуха  1), Ф/м

3) Пондемоторное давление:

(6)

4) Сила притяжения:

(7)

5) Энергия поля конденсатора:

(8)

V Абсолютная приборная погрешность:

№ п.п.	Название прибора	Пределы измерений	Число делений	Цена деления	Класс точности	Абсолютная приборная погрешность
1	Измерительная лента	59 см	590	0,1	___	0,05 см
2	Вольтметр	0 – 400 В	80	5 В	0,5	2 В
3	Мультиметр	1000 В/м	5	200 В/м	1	10 В/м

VI Исходные данные:

U = 200 В

S 0,084м²

VII Результаты измерений:

Таблица 1 – Измерение напряжённости электрического поля при разном расстоянии между пластинами.

№	d	Eэксп	U	Етеор	Cэксп	Cтеор
№	м	В/м	В	В/м	пФ	пФ
1	0,12	1570	200	1666,7	5,8356	5,9
2	0,10	1850	200	2000,0	6,8765	7,08
3	0,08	2130	200	2500,0	7,9172	8,85
4	0,06	3070	200	3333,3	11,4112	11,8
5	0,04	5240	200	5000,0	19,4771	17,7
6	0,02	8220	200	10000.0	30,5537	35,4

---

Таблица 2 – Измерение напряженности электрического поля при постоянном расстоянии между пластинами.

№	d	U	Eэксп	Етеор
№	М	В	В/м	В/м
1	0,1	50	271	500
2	0,1	75	474	750
3	0,1	100	718	1000
4	0,1	125	989	1250
5	0,1	150	1200	1500
6	0,1	175	1400	1750
7	0,1	200	1660	2000

VIII Примеры вычислений (для 1 опыта):

1 таблица







2 таблица



IX Погрешность косвенных измерений:




Погрешность косвенных измерений электроемкости конденсатора:



X Графики зависимостей:

1) Зависимость напряженности от расстояния (Е_теор и Е_эксп от d при U=200 В):


2) Зависимость электроемкости от расстояния между пластинами (C_теор и C_эксп от d при U=200 В):



3) Зависимость напряженности от напряжения (Е_теор и Е_эксп от U при d=0,1м)

---

4) Расчет сил взаимного притяжения пластин при расстояниях между обкладками d1 = 0,01 мм, d2 = 1 мм и d3 = 10 мм, и при U=200 В.



















5)Зависимость энергии W от напряжения U в диапазоне от 0 до 500 В

для d₁= 5 мм и d₂= 10 мм:

Приведу примеры расчетов энергии конденсатора для d₁ и d₂, U=50 В







11) Итоговый результат: ;



Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы была выявлена зависимости изменения напряженности электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, электроемкости от расстояния между пластинами и энергии от напряжения в диапазоне от 0 до 500 В (с шагом 50 В) для d₁= 5 мм и d₂= 10 мм.

В результате были получены экспериментальные и теоретические значения напряженности поля плоского конденсатора. Экспериментальные значения отличаются от теоретических, это связано с приборной погрешностью, а также погрешностью косвенных измерений.

Таким образом, исходя из экспериментальных данных можно сделать вывод, что все описанные в работе законы и закономерности выполняются на практике. Также в ходе работы были определены численные значения сил взаимного притяжения пластин, из графического материала

---

Смотрите также файлы

• Виды, разрезы, сечения.pptx

• Пояснительная записка 20 стр, 3 чертежа формата А3, 8 чертеж формата А4, библиографический список 5 наименований в курсовом проекте по предмету МСиС.pdf

• 2. Назовите основные области затруднения в общении, которые могут встретиться в педагогической практике. Напишите рекомендации для педагогов по преодолению трудностей в общении.docx

• Лабораторная работа 2 компас3D v20. Твердотельное моделирование. Элементы тела. Редактирование элементов цель.pdf

• 1. Проектирование кабельной структуры компьютерной сети предприятия 5.docx