Файл: Лабораторная работа по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы Исследование электрического поля плоского конденсатора.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 285
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИМИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образованияСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра общей физикиЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТАПо 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.IIКраткое 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:
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, Вd – расстояние между пластинами, м2) Ёмкость конденсатора:где, – электрическая постоянная, S – площадь одной из пластин конденсатора, м2ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами конденсатора (для воздуха 1), Ф/м3) Пондемоторное давление: (6)4) Сила притяжения: (7)5) Энергия поля конденсатора: (8)V Абсолютная приборная погрешность:
VI Исходные данные: U = 200 ВS 0,084м2VII Результаты измерений:Таблица 1 – Измерение напряжённости электрического поля при разном расстоянии между пластинами.
Таблица 2 – Измерение напряженности электрического поля при постоянном расстоянии между пластинами.
VIII Примеры вычислений (для 1 опыта): 1 таблица2 таблицаIX Погрешность косвенных измерений:Погрешность косвенных измерений электроемкости конденсатора:X Графики зависимостей:1) Зависимость напряженности от расстояния (Етеор и Еэксп от d при U=200 В):2) Зависимость электроемкости от расстояния между пластинами (Cтеор и Cэксп от d при U=200 В):3) Зависимость напряженности от напряжения (Етеор и Еэксп 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 В11) 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
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образованияСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра общей физикиЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТАПо 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.IIКраткое 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 |
где, U – напряжение на пластинах конденсатора, Вd – расстояние между пластинами, м2) Ёмкость конденсатора:где, – электрическая постоянная, S – площадь одной из пластин конденсатора, м2ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами конденсатора (для воздуха 1), Ф/м3) 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 |
| № | 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 |
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 В11) 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