1. Расчеты

1. По полученным точкам провести линии равного потенциала для каждого ви-да электродов. Начертить картину силовых линий.

2. Для плоских электродов рассчитать три раза напряженность E по формуле

(4). Найти среднее значение напряженности.

3. Абсолютную погрешность рассчитать как для прямых измерений. Записать результат в стандартном виде:

E = E ± E .

4. Найти относительную погрешность измерений.

2. Защита работы (ответы представить в письменном виде)

1. Дайте определение напряжённости электростатического поля. Запишите формулу. Укажите единицы измерения.

2. Дайте определение потенциала. Запишите формулу. Укажите единицы изме-рения.

3. Какое поле называется однородным? Поле каких электродов в данной работе является однородным?

4. Каково взаимное расположение силовых линий и эквипотенциальных по-верхностей?

5. Как по распределению потенциала определить направление силовых линий?

107

Описания лабораторных работ

Электростатика и постоянный ток

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе № 41

Выполнил(а)_____________________

Группа__________________

Определение цены деления приборов

№

Предел подключения

Число деле-

Цена деления

п/п

Прибор

с указанием единицы

ний на шка-

с указанием еди-

измерения

ле

ницы измерения

1

Вольтметр

Координатная сетка изображена в масштабе 1: 2

Поле плоских электродов (масштаб: 1:2)

ϕ1 =___________

ϕ2 =___________

ϕ3 =____________

Дата________ Подпись преподавателя___________________

108

Электростатика и постоянный ток Описания лабораторных работ

Поле цилиндрических электродов (масштаб: 1:2)

ϕ₁ =_____

ϕ₂ =_____

ϕ₃ =_____

Дата________ Подпись преподавателя___________________

109

Описания лабораторных работ Электростатика и постоянный ток

Поле точечных электродов (масштаб: 1:2)

ϕ₁ =_____

ϕ₂ =_____

ϕ₃ =_____

Дата________ Подпись преподавателя___________________

110

Электростатика и постоянный ток Описания лабораторных работ

Лабораторная работа № 42

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА И БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ

Цель работы – определить электроёмкости конденсаторов и батареи кон-денсаторов, соединённых последовательно и параллельно.

Приборы и принадлежности: конденсатор известной ёмкости, конденса-торы неизвестной емкости, микровеберметр, вольтметр, потенциометр, источ-ник питания, выключатель.

Общие положения

Конденсатор − система из двух проводников, разделенных слоем диэлек-трика. Электроемкость конденсатора равна отношению заряда q к разности по-тенциалов ϕ₁ − ϕ₂ между обкладками. Обозначим ϕ₁ − ϕ₂ =U , тогда

C =		q	.	(1)
	U

Электроемкость конденсаторов зависит от их размеров и формы, элек-трических свойств диэлектрика и практически не зависит от окружающих тел. В случае плоского конденсатора электроемкость определяется выражением:

C =	εε0 S	,	(2)
	d
где ε – диэлектрическая проницаемость среды, ε0 =8,85⋅10−12			Ф/м – электриче-

ская постоянная, S – площадь пластин, d – расстояние между пластинами. Конденсаторы можно соединять в батарею. При последовательном со-

единении емкость батареи рассчитывается по формуле:

1	=	1	+	1		+	1	+... +	1	.	(3)
C		С		С	2		С		С
		1					3		n

При параллельном соединении ёмкость батареи рассчитывается по фор-

муле:

C = С1 +С2 +С3 +... +Сn .

(4)

Описание экспериментальной установки

Для определения емкости конденсатора в данной работе используется ус-тановка, электрическая схема которой приведена на рис. 1. Она включает в се-бя: R – потенциометр, V – вольтметр, С1=C₀ – конденсатор известной емкости, S1 – переключатель, позволяющий подключать конденсатор к источнику G1 (при зарядке конденсатора) или, при его разрядке, к измерительному прибору (микровеберметру), K1 – ключ цепи источника питания , С_х – конденсаторы не-известной емкости (на схеме не указаны, ими замещают С1).

Если с помощью потенциометра установить определенное напряжение и зарядить конденсатор, а затем переключить конденсатор на микровеберметр, то

111

Описания лабораторных работ Электростатика и постоянный ток

конденсатор разрядится через него. При разрядке конденсатора через микрове-берметр протекает кратковременный ток.

Измерительный прибор

V

S1

C1

K1

R

G1

P1

Рисунок 1

Разрядим через микровеберметр конденсатор известной емкости С₀, за-ряженный до известного напряжения U₀. Заряд конденсатора равен:

q₀ = С₀U ₀ .

Показания микровеберметра пропорциональны величине заряда:
q0 = B n0 ,	(5)

где В – постоянная прибора (коэффициент пропорциональности);

n₀ – показание микровеберметра. Из (5) определим постоянную прибора:

B =	C0U0	.	(6)
	n
0

Зная значение прибора, можно определить ёмкость любого конденсатора по формуле

C =	Bn	(7)
	U

где U – напряжение на конденсаторе, n – показание микровеберметра.

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие величины в работе измеряются непосредственно?

3. Для чего в работе используется эталонный конденсатор?

4. Нарисуйте схему последовательного и параллельного соединения конденса-торов.

Выполнение работы

Задание 1. Определение постоянной прибора

1. Подготовить микровеберметр к работе. Для этого установить ручки управ-ления в следующие положения: R_внеш=0; переключатель пределов – 1; ка-либровка – отжата.

112

Электростатика и постоянный ток Описания лабораторных работ

2. Подключить микровеберметр к клеммам переключателя S1 (рис. 1).

2. Включить микровеберметр в сеть.

3. Записать значение емкости эталонного конденсатора С₀. Подключить его к клеммам переключателя S1.

2. Замкнуть выключатель K1 и, передвигая контакт потенциометра, устано-вить указанное преподавателем напряжение U₀.

2. Установить переключатель S1 в положение, при котором конденсатор заря-жается. Нажать кнопку «Пуск» на передней панели микровеберметра и не позже чем через 2 сек перекинуть переключатель S1 в положение для раз-рядки конденсатора. Снять показание n₀. Опыт следует повторить не менее пяти раз.

Задание 2. Определение емкости конденсатора

1. Заменить конденсатор С₀ конденсатором неизвестной емкости С_1x.

2. Установить напряжение U, указанное преподавателем.

3. Провести измерения согласно пункту 6 задания 1, снимая показания n.

4. Аналогично провести измерения для второго конденсатора С_2x.

Задание 3. Измерение емкости параллельно и последовательно соединенных конденсаторов

1. Включить в цепь (рис.1) два конденсатора, соединенных последовательно.

2. Провести измерения согласно пункту 6 задания 1, снимая показания n.

3. Включить в цепь (рис.1) два конденсатора, соединенных параллельно.

4. Провести измерения согласно пункту 6 задания 1, снимая показания n.

Оформление отчета