Файл: Отчет по лабораторной работе 1 По дисциплине Физика Тема Исследование электрического поля плоского конденсатора студент гр. Апн22 Сафронов А. А.docx
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 84
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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 и технической физики
Отчет по лабораторной работе № 1
По дисциплине: Физика
Тема «Исследование электрического поля плоского конденсатора»
Выполнил: студент гр. АПН-22 ______________ /Сафронов А.А./
(подпись) (Ф.И.О)
Проверил: _______________ / /
(подпись) (Ф.И.О)
Санкт-Петербург
2023
Цель работы: измерение напряжённости электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, определение электроёмкости плоского конденсатора.
Краткое теоретическое содержание
Явление, изучаемое в работе - напряжённость электрического поля.
Напряженность электрического поля – это физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.
Потенциал – потенциал в какой-либо точке электростатического поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в данную точку.
Электроемкость уединенного изолированного проводника – это физическая величина, равная отношению электрического поля уединённого проводника к его потенциалу
Конденсатор– это система двух разноименно заряженных проводников, разделенных диэлектриком. Проводники конденсатора называются пластинами.
Электроемкость конденсатора – это свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с ними электрическое поле.
Заряд конденсатора – это модуль заряда каждой из пластин, суммарный заряд пластин равен нулю.
ЭДС – это физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.
Напряжённость – силовая характеристика поля, напряженность электрического поля
и потенциал связаны между собой соотношением 
Основные расчётные формулы
1) Напряженность в однородном электрическом поле
,где U – напряжение между точками поля, которые находятся на расстоянии d; Ex – проекция
на ось x. 2) Теоретическая электроемкость плоского конденсатора
где 0 – электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость среды ( воздуха ≈ 1), S – площадь пластин конденсатора.
3) Экспериментальная электроемкость плоского конденсатора
4) Сила взаимного притяжения пластин
Исходные данные
a = 28,4 см
b = 28,4 см
Площадь пластины конденсатора S=0,08 м2
Электрическая постоянная 0 =8,85*10-12 Ф/м
Погрешности прямых измерений
Δd = 1 мм
ΔU = 5 В
ΔE = 10 В/м
Схема установки
Установка состоит из источника питания (1); измерителя напряжения (2); измерителя электрического поля (3); плоского конденсатора с раздвижными пластинами (4), установленными на профильной скамье (5); соединительных проводов. Измеритель напряженности электрического поля прикреплен к правой пластине конденсатора и соединен с мультиметром (6). Параллельно к пластинам присоединен мультиметр, измеряющий напряжение на пластинах, подаваемое от источника питания.
Формулы погрешности косвенных измерений
средняя арифметическая
средняя квадратичная
Таблицы
Таблица 1. Зависимость напряжённости плоского конденсатора и его электроёмкости от расстояния между пластинами.
| № | d | Eэксп. | U | Eтеор. | Cэксп. | Cтеор. |
| | см | В/м | В | В/м | Ф | Ф |
| 1 | 12 | 1540 | 200 | 1667 | 5,45*10-12 | 5,12*10-12 |
| 2 | 10 | 1920 | 2000 | 6,79*10-12 | 7,08*10-12 | |
| 3 | 8 | 2430 | 2500 | 8,60*10-12 | 8,85*10-12 | |
| 4 | 6 | 3260 | 3333 | 11,54*10-12 | 11,80*10-12 | |
| 5 | 4 | 4850 | 5000 | 17,17*10-12 | 17,70*10-12 | |
| 6 | 2 | 9280 | 10000 | 32,85*10-12 | 35,40*10-12 |
Таблица 2. Зависимость напряжённости поля плоского конденсатора от подаваемого напряжения.
| № | d | U | Eэксп. | Eтеор. |
| | см | В | В/м | В/м |
| 1 | 10 | 50 | 512 | 500 |
| 2 | 75 | 752 | 750 | |
| 3 | 100 | 996 | 1000 | |
| 4 | 125 | 1222 | 1250 | |
| 5 | 150 | 1351 | 1500 | |
| 6 | 175 | 1640 | 1750 | |
| 7 | 200 | 1870 | 2000 |
Пример вычислений по опыту 1 для таблицы 1:
Пример вычислений по опыту 1 для таблицы 2:
Расчет взаимного притяжения пластин при расстояниях между обкладками d1=0,01 мм, d2 = 1 мм и d3 =10 мм при U = 200 В. Расчеты приведены в таблице 3:
Таблица 3.
| Номер расчета | d, мм | E2, (В/м)2 | p, H | F, H |
| 1 | 0,01 | 4*1014 | 1770 | 141,6 |
| 2 | 1 | 4*1010 | 0,177 | 1,42*10-2 |
| 3 | 10 | 4*108 | 0,00177 | 1,42*10-4 |
Пример расчета 1:
Проведу теоретический расчет значений энергии поля конденсатора W в зависимости от напряжения U в диапазоне от 0 до 500 В для d1 = 5 мм и d2 = 10 мм, с учетом. Расчеты приведены в таблице 4.
Таблица 4.
| Номер расчета | U, B | d1, мм | W1, Дж | d2, мм | W2, Дж |
| 1 | 50 | 5 | 1,77*10-7 | 10 | 0,9*10-7 |
| 2 | 125 | 11,1*10-7 | 5,5*10-7 | ||
| 3 | 200 | 28,3*10-7 | 14,2*10-7 | ||
| 4 | 275 | 53,5*10-7 | 26,7*10-7 | ||
| 5 | 350 | 86,7*10-7 | 43,3*10-7 | ||
| 6 | 425 | 127,8*10-7 | 63,9*10-7 | ||
| 7 | 500 | 177*10-7 | 88,5*10-7 |
Пример расчета 1:
Графический материал
| Рис.1 Зависимость Еэксп и Етеор от d | Рис.2 Зависимость Сэксп и Стеор от d |
| Рис.3 Зависимость Еэксп и Етеор от U | Рис. 4 Зависимость энергии W от напряжения U |
Расчеты погрешностей
Анализ полученного результата
В лабораторной работе были определены экспериментальная и теоретическая электроемкости плоского конденсатора, и построены графики зависимостей напряженности и электроемкости от расстояния между пластинами. Изначальные предположения подтвердились, и действительно напряженность электрического поля и электроемкость конденсатора находятся в обратно-пропорциональной зависимости от расстояния между пластинами, что подтверждается из расчетов экспериментальных величин.