- •Изучение релексационных процессов в rc-цепи
- •1. Краткая теория Теория релаксационного процесса в rc-цепи
- •2. Методика выполнения работы Принципиальная схема эксперимента
- •Описание сменной платы
- •Выполнение измерений
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •2. Методика выполнения работы Описание сменной платы
- •Выполнение измерений
- •4. Контрольные вопросы
- •Проницаемости материалов
- •1. Краткая теория
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
4. Контрольные вопросы
1. Что такое
-цепи?
Нарисуйте простейшую
-цепь.
2. Что такое релаксационный процесс в электрических цепях?
3. Работа
-цепи
(установление тока) в режиме замыкания
и размыкания.
4. График зависимости силы тока и напряжения от времени при релаксационных процессах.
5. Что такое постоянная времени
-цепи
? Нарисовать графики зависимостей
и
для различных
.
6. Сформулируйте законы Кирхгофа.
7. Какая цепь называется переходной? При каких условиях?
8. Какая цепь называется дифференцирующей (интегрирующей) и почему? Нарисуйте и объясните графики процессов.
9. Объясните работу экспериментальной установки.
10. Рассказать о методике определения постоянной времени релаксации.
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
Проницаемости материалов
Цель работы: определение диэлектрической проницаемости материалов по измерению емкости плоского конденсатора.
Приборы и материалы: электронный осциллограф, звуковой генератор, универсальный лабораторный стенд, сменная плата с макетом лабораторной работы, набор диэлектрических пластинок.
1. Краткая теория
Емкость плоского конденсатора в системе СИ, как известно, вычисляется по формуле:
, (5.1)
где
=8,8510-12
Ф/м – абсолютная диэлектрическая
проницаемость вакуума,
– относительная диэлектрическая
проницаемость материала,
– площадь обкладок плоского конденсатора,
– расстояние между обкладками плоского
конденсатора.
Зная геометрию конденсатора (т. е. площадь обкладок и расстояние между ними) и измерив его емкость, можно вычислить относительную проницаемость по формуле:
. (5.2)
В настоящей работе емкость конденсатора вычисляется по проводимости на переменном токе в схеме, приведенной на рис. 5.1.
К
оэффициентом
передачи
называется отношение амплитуды напряжения
на выходе к амплитуде напряжения на
входе. В приложении 2 показано, что в
представленной цепи коэффициент передачи
равен:
. (5.3)
Отсюда емкость
может быть определена по формуле:
. (5.4)
Таким образом, измеряя амплитуды входного
и выходного напряжения и определяя по
их отношению коэффициент передачи
,
можно вычислить емкость плоского
конденсатора по формуле (5.4).
2. Методика выполнения работы Описание сменной платы
На сменной плате установлен разборный
плоский конденсатор
и измерительное сопротивление
.
Принципиальная схема, собранная на
сменной плате, приведена на рис. 5.2.
Н
ижняя
обкладка разборного конденсатора
неподвижно закреплена на плате. Верхняя
обкладка съемная и крепится с помощью
прижимающей пластины и двух винтов.
Исследуемый материал зажимается между
верхней и нижней обкладками конденсатора.
Выполнение измерений
Для определения емкости конденсатора
в точку А схемы (рис. 5.2) подают переменное
напряжение от звукового генератора, а
общую шину генератора подключают к
точке С. К точке В подключают вход Y
осциллографа, а к точке F – общую шину
осциллографа. При таком подключении
определяют
.
Для измерения амплитуды напряжения
генератора (
)
вход Y осциллографа
переключается к точке Е.
С учетом входных емкостей кабеля и
осциллографа
,
входного сопротивления
и паразитных емкостей монтажа
схема измерения имеет вид, представленный
на рис. 5.3.
В
этой схеме
100
пФ,
=1
МОм. Величина измерительного сопротивления
5,1
кОм. Поэтому влиянием входного
сопротивления можно пренебречь. При
этом ошибка измерения
не превысит 0,5 %. Сопротивление переменному
току входной емкости на частотах не
выше 10 кГц не превышает 200 кОм, что вносит
ошибку измерения не более 2,5%. Поэтому
до частот 10 кГц для расчетов коэффициентов
передачи и измеряемой емкости можно
пользоваться формулой (5.4).
Измерение сопротивления
производится омметром между точками В
и С при отключенном питание.
Учет паразитной емкости монтажа выполняется с помощью набора образцов с различной площадью диэлектрика в области перекрытия пластин и известной толщиной диэлектрической прослойки. Площади диэлектрических пластин различны благодаря вырезанным в них отверстиям различной конфигурации. Емкость полученного сложного конденсатора может быть рассчитана как сумма параллельно включенных конденсаторов с диэлектрической и вакуумной прослойками:
, (5.5)
где
– общая площадь отверстий в данной
пластине диэлектрика.
Преобразовав это выражение, получаем:
. (5.6)
Как видно из формулы (5.6), емкость конденсатора линейно уменьшается с ростом площади отверстий и при значении площади отверстий равном площади обкладки конденсатора становится равной:
. (5.7)
Площадь перекрытия пластин
указана на плате. Расстояние между
обкладками
совпадает с толщиной пластины диэлектрика
и измеряется с помощью микрометра.
Для нахождения
строят график зависимости емкости от
площади отверстий
.
График представляет собой прямую линию
(рис. 5.4). Экстраполируя прямую до значения
,
получим значение
,
входящее в формулу (5.7). Следовательно
для расчета
получим формулу:
. (5.8)
И
скомое
значение емкости конденсатора с
прослойкой из неизвестного материала
получается вычитанием паразитной
емкости из значения емкости, полученной
по формуле (5.4):
. (5.9)
Зная емкость конденсатора с прослойкой, можно определить диэлектрическую проницаемость материала по формуле (5.2).
