14738

Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа по физике № 230 Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Выяснить зависимость: диэлектрической проницаемости материалов от частоты от напряженности эл. поля зависимость емкости конденсатора ...

Русский

2013-06-09

1.86 MB

8 чел.

Лабораторная работа по физике

2-30

Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Выяснить зависимость: диэлектрической проницаемости материалов, от частоты, от напряженности эл. поля ,зависимость емкости конденсатора от угла перекрытия диэлектрика верхней пластиной, а также вычислить на примере одного из диэлектриков основные характеристики поляризации этого диэлектрика.

Методика эксперимента:

В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) и PV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной       d=2 мм). 

Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель SA в положение 1. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем по вольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину, измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов с диэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным. По данной схеме находим, что емкость и диэлектрическая проницаемость определяются по следующим формулам:

                                                                  ,где С0 - емкость конденсатора без  диэлектрика.

Задание1

Таблица измерений и результатов

  1.  По результатам эксперимента рассчитаем емкости всех исследуемых конденсаторов,а также диэлектрические проницаемости материалов.

а) для воздуха 

б) для гетинакса 

в) для оргстекла 

г) для фторопласта  

д) для стеклотекстолита 

Расчет характеристик диэлектрика гетинакс

              

          

Расчет погрешностей для диэлектрика гетинакс

  1.   ;  ;  ;
  2.  
  3.  
  4.   ;  ;
  5.  
  6.  Рассчитаем процентную погрешность для  и С

                 

Задание2

Изменяем генератором напряжение U1 от 0 до 5 В с интервалом DU1=1 B, при этом измеряем напряжение U2 c произвольным диэлектриком и без него.

Таблица измерений и результатов

  1.  Найдем Е по результатам измерений

E=, тогда  ;  ;  ;

;  ;

  1.  Найдем  по результатам измерений

, а , тогда 

 ;  ;  ;  ;  ;

График зависимости e=F(E)

                                      e

E,B/M

Задание3

Устанавливаем f=20 kГц, U1=5 В. Изменяя частоту генератора от 20 до 200 kГц с Df=20 kГц, измеряем напряжение U2, при этом U1 -поддерживаем постоянным.

Таблица измерений и результатов

  1.  Рассчитаем 

а) для гетинакса  ;  ;

;  ;  ;

;;

;

б) для воздуха  ;  ;

;  ;  ;

;;

;

  1.  Для расчета  возьмем из задания 2 формулу  

 ;  ;  ;

;  ;

;  ;

Графики зависимости Xc=F(1/f) (слева для воздушного, справа для конденсатора с диэлектриком)

  Xc,Ом                                                                      Xc,Ом  

1/f

1/f

График зависимости e=F(f)

                                           e

f,Гц

Задание4

Устанавливаем значения напряжения и частоты как для первого задания. Вращаем подвижную пластину в пределах от a=0 до 60 гр. с интервалом Da=10, измеряя напряжение U2, при этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.

Таблица измерений и результатов

  1.  Рассчитаем С в зависимости от угла 

  1.  Рассчитаем  в зависимости от угла 

С=

 

=,но ,

тогда 

Графики сравнения теоретической (справа) и экспериментальной (слева) зависимости C от угла a

          C,нФ                                                                    С,нФ

a

a

Задание5

Оставляем значения напряжения и частоты такие же как для предыдущего опыта. Измеряем значение напряжения U2 для следующих конденсаторов: 1) без диэлектриков, 2) cо стеклотекстолитом толщиной d=2 мм и 3) со стеклотекстолитом толщиной L, меньшей расстояния между пластинами, при этом значение напряжения U1  поддерживаем постоянным.

Значения напряжения U2 :  1)  0,15 В,   2)  0,21 В,   3)  0,16 В  

Емкости конденсаторов равны соответственно:

                                   1) C=6,63E-10 Ф ,  2) C=9,28E-10 Ф,  3) С=7,07E-10 Ф

Формула для расчета толщины L диэлектрика:

, тогда , отсюда

' где 

                    

Вывод:  В данной работе: мы выяснили, что диэлектрическая проницаемость (e) не зависит ни от напряженности эл. поля, ни от частоты, что емкость конденсатора линейно зависит от угла перекрытия пластин конденсатора,  а также произвели расчеты для диэлектриков, результаты которых приведены выше. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26659. Аральское море 70 KB
  Одновременно значительно сократились объем воды в Арале с 1093 до 330 км3 то есть на 763 км3 или более чем в три раза и площадь водоема с 68 500 до 36 500 км2 то есть на 32 000 км2 или почти вдвое табл. Пролив Берга соединявший ранее Малое и Большое моря превратился в небольшой но достаточно длинный проток по которому излишки воды из Малого сбрасывались в Большое море. О НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ПРИЧИНЕ ПАДЕНИЯ УРОВНЯ АРАЛА Непосредственная физическая причина снижения уровня Аральского моря это нарушение водного баланса водоема:...
26660. Биосфе́ра 84.5 KB
  Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 24361012 т в сухом весе и составляет менее 10−6 массы других оболочек Земли. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля нефти карбонатных пород и т. Рассеянные атомы непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений. Биологическое разнообразие – основа формирования устойчивых биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере Земле.
26661. Критическое состояние ландшафта 38.5 KB
  Ландшафт от нем. Солнцева ландшафт характеризуется единством геологической платформы климата и истории развития. Ландшафт абиогенный Ландшафт сформировавшийся без существенного влияния живого вещества.
26662. Высотная поясность, высотная зональность 43 KB
  Высотный пояс высотная ландшафтная зона единица высотнозонального расчленения ландшафтов в горах. Высотный пояс образует полосу сравнительно однородную по природным условиям часто прерывистую Характеристика явления Высотная поясность объясняется изменением климата с высотой: на 1 км подъёма температура воздуха снижается в среднем на 6 C уменьшается давление воздуха его запылённость возрастает интенсивность солнечной радиации до высоты 2 3 км увеличивается облачность и количество осадков. По мере нарастания высоты происходит смена...
26663. Географическая оболочка 31.5 KB
  Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой водной живой и минеральных оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Изменение одной из оболочек географической оболочки отражается и на всех других. Он характеризовался ведущей ролью живых существ в развитии и формировании географической оболочки.
26664. Географи́ческая оболо́чка 45 KB
  Земная кора Земная кора это верхняя часть твёрдой земли. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 065 100 м За нормальные условия у поверхности Земли приняты: плотность 12 кг м3 барометрическое давление 10134 кПа температура плюс 20 C и относительная влажность 50 . Гидросфера Гидросфера совокупность всех водных запасов Земли.
26665. Геосистема 28 KB
  σύστημα целое составленное из частей фундаментальная категория геоэкологии обозначающая совокупность компонентов географической оболочки объединённых потоками энергии и вещества. Геосистемы – это природногеографические единства всех возможных категорий от планетарной геосистемы географической оболочки до элементарной геосистемы физикогеографической фации определение В. Сочавы Масштаб геосистем Выделяют три уровня геосистем: Глобальная геосистема синоним географической оболочки. Региональная геосистема представляет собой...
26666. Эстетическая ценность урбанизированного ландшафта 1.67 MB
  Нами было выявлено несколько конструктивных ошибок большинства авторов: склонность к популяризации научных изысканий изложения работ отталкивание от философских категорий непрактичный аспект конфликтность оперируемых понятий игнорирование факта раздела восприятия человека на три уровня. В частности в медицине и психологии уже существуют некоторые представления о психофизическом воздействии цвета на организм человека.3 Оперирование древними инстинктами человека в современном рекламном дизайне Глава 3. Интерпретировать факторы восприятия...
26667. Экологические проблемы нефтедобывающей промышленности 8.38 MB
  Историческая справка о нефти. Возникновение нефти . Добыча нефти и газа . Современная технология добычи нефти .