ЛР15 Теория электромагнитного поля (цикл лабораторных работ).

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Выполняется одна-две работы из цикла – по указанию преподавателя.

Основное назначение лабораторных работ - привить навыки измерений параметров электромагнитного поля, а также экспериментальная проверка соответствующих соотношений теоретического курса.

В отчёт о лабораторной работе не следует переписывать описание работ. Требуется изобразить и описать именно ту схему и указать те приборы, которые конкретно использовались в работе.

То же самое относится и к расчётным соотношения». Следует описать названия, размерности тех величин, которые были измерены непосредственно или использованы в расчетных соотношениях.

Таблицы данных нужно сопровождать графиками, где указать крестиками экспериментально полученные значения. Требуется теоретически обосновать форму графика (не обязательно проходящего через все экспериментально полученные точки).

Лабораторная работа № I (тэмп-1)

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕЖДУ ПЛОСКИМИ ПРОВОДНИКАМИ ("КОНДЕНСАТОР")

Цель работы. Изучение связей между величинами, характеризующими электрическое поле в диэлектрике на примере поля внутри плоского конденсатора; освоение простейших соотношений для оценки ёмкости между проводящими телами в пространстве диэлектрика и приемов её измерения.

Основные расчётные соотношения и пояснения

Э кспериментально установлено соотношение, связывавшее между собой следующие величины, характеризующие электрическое поле в плоском конденсаторе с его размерами:

где Q – электрический заряд, находящийся на пластинах заряженного конденсатора, Кл;

S – площадь пластин, м² ;

– абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф.м ^{– I} ;

U_c – напряжение между пластинами, В,

– расстояние между пластинами, м² ;

Левая часть выражения (I) характеризует величину вектора электрического смещения (зарядов) [Кл/м⁴], а правая – вектор напряжённости (разности потенциалов на единицу длины) электрического поля [B^. М ^{– I}], т.е. –

(2)

Ёмкость системы двух пластин (плоского конденсатора) составит отсюда – (3)

т.е. ёмкость тем больше, чем больше площадь пластин конденсатора, и чем ближе они расположены друг к другу, а также, чем больше "диэлектрическая проницаемость" диэлектрика, находящегося между пластинами. Для удобства абсолютную диэлектрическую проницаемость вакуума приняли за диэлектрическую постоянную

 ₀ = (4^.9^.10 ⁹ ) ^{– 1} [Ф.м ^{– 1} ] ,

а проницаемость других сред выражают относительной диэлектрической проницаемостью - _  (4)

Содержание и порядок выполнения работы

I. На рис.1 изображена схема лабораторной установки. Между металлическими пластинами I и 2 располагается слой (пластинка) диэлектрика 3. К пластинам I и 2 подключены выводы измерителя ёмкости 4. Изменяя толщину и материал диэлектрика 3 и проводя измерения прибором 4,можно проверить выполнение соотношения (3), определяющего величину ёмкости плоского конденсатора.

4

2 . Если вместо сплошной пластины 3 использовать узкие полоски (рис.2) той же толщины из того же материала 5, то можно рассчитать величину относительной диэлектрической проницаемости, используя соотношения (3) и (4). При этом принимается, что сечение полосок много меньше площади пластин I и 2, а также, что диэлектрическая постоянная воздуха весьма близка диэлектрической постоянной Е₀ , и поэтому ёмкость между пластинами в случае использования полосок можно принять равной ёмкости воздушного конденсатора с толщиной слоя воздуха между пластинами, равной толщине пластинки 3.

3. Опыты по п. 1 и 2 выполнить для нескольких пластин различной толщины из разных материалов.

Вопросы и задания к зачёту

1. Рассчитать значения напряженности и вектора смещения электрического поля в пространстве между пластинами I и 2 конденсатора.

2. Рассчитать значение накопленного на пластинах I и 2 зарядов при напряжении по указанию преподавателя.

3. Описать и пояснить картину краевого эффекта в плоском конденсаторе.

Литература

I, гл. 7; 4, разд. 1; 3 гл.10