Описание экспериментальной установки
Прибор состоит из подвижных параллельных металлических обкладок (рис. 2), с регулируемым зазором толщины , измеряемой по шкале 2. На одну из обкладок конденсатора подают переменное напряжение от генератора напряжения 3, которое измеряют вольтметром 4. Ток через конденсатор регистрируется измерителем 5. Диэлектрический слой 6 вносят в зазор между обкладками.
Ток через конденсатор связан с напряжением
соотношением
(
- циклическая частота переменного
напряжения). Тогда величина электроемкости
может быть представлена:
.
Проведение измерений и обработка результатов
1. Измерение электрической постоянной.
1. Измерительный блок прибора включают в сеть.
2. Изменяя толщину зазора между обкладками, измеряют напряжение U, ток I и определяют емкость C конденсатора с воздушным зазором. Проводят 8-10 измерений.
3. По полученным экспериментальным данным строят график зависимости C от 1/d. Вид графической зависимости представлен на рис. 3.
4
.
По наклону линейного участка зависимости
определяют электрическую постоянную
.
2. Измерение относительной диэлектрической проницаемости диэлектриков.
1.
Устанавливают зазор между обкладками
конденсатора в области линейной
зависимости
от
(см. задание 1).
2. Диэлектрическую пластину вносят в зазор конденсатора и измеряют емкость.
3. Измеряют толщину пластины и зазора между обкладками.
4. По формуле 4 определяют относительную диэлектрическую проницаемость пластины. Измерения проводят для нескольких материалов.
5. Для повышения точности измерений, их повторяют для каждого материала, меняя положение диэлектрических пластин различным образом (параллельно обкладкам конденсатора) и усредняя конечные результаты.
Погрешность измерений
Относительная погрешность измерений, за счет не точной установки параллельности обкладок конденсатора и диэлектрических пластин, определяется экспериментально. Для этого, меняя угол установки диэлектрических пластин в возможных пределах, регистрируют показания всех измерительных приборов и определяют относительные изменения каждого из них. По шкалам измерительных приборов оценивают инструментальную погрешность измерителей. В качестве оценки погрешности конечного результата принимают сумму относительных погрешностей учтенных факторов при вариации условий эксперимента.
Техника безопасности
Питание установки осуществляется от сети 220 В.
Содержание отчета
1. Название работы.
2. Цель работы (техническое задание).
3. Теоретические сведения об электроемкости плоского конденсатора с диэлектрическим слоем.
4. Схема установки со спецификацией.
5. Таблица результатов измерения и расчетов.
6. Оценка погрешностей.
Вопросы для допускного контроля
1. Цель работы ... ?
а) измерение силы тока в цепи;
б) влияние диэлектрика на емкость конденсатора;
в) определение мировых постоянных;
г) определение параметров материалов.
2. Единица измерения емкости ...
а) фарада; б) Ом; в) метр; г) Генри.
3. От каких факторов зависит емкость конденсатора ...?
а) геометрии пластин;
б) материала зазора конденсатора;
в) точности измерителей тока и напряжения;
г) влажности воздуха.