Электростатика. Вязовов В.Б - 11 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ
МЕЖДУ ОБКЛАДКАМИ КОНДЕНСАТОРА
И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЁРДОГО
ДИЭЛЕКТРИКА
Цель работы
: ознакомиться с методом определения напряжения между пластинами плоского конденсатора и научиться
определять относительную диэлектрическую проницаемость.
Приборы и принадлежности
: торсионные весы, штангенциркуль, пластинки твёрдых диэлектриков.
П р и н ц и п м е т о д а и в ы в о д р а с ч ё т н о й ф о р м у л ы
Весами напряжения называется прибор, позволяющий измерять электрическое напряжение, приложенное к двум
параллельно расположенным пластинам, путём измерения силы притяжения этих пластин друг к другу. Связь между силой
взаимодействия пластин и электрическим напряжением, действующим между ними, можно установить следующим образом.
При подаче на конденсатор высокого напряжения на каждой из пластин будет заряд
q
, равный по величине и
противоположный по знаку.
Внесение в электрическое поле диэлектрика изменяет это поле. Дело в том, что на диэлектрике в поле возникают
заряды, которые и изменяют электрическое поле. На диэлектрике появляются электрические полюсы, поэтому это явление
получило название поляризации. Заряды, возникающие на диэлектрике называют поляризационными или связанными.
Поляризационные заряды разных знаков связаны между собой и могут смещаться на малые расстояния в пределах одной
молекулы диэлектрика, поэтому их называют связанными. Неполяризованный диэлектрик, т.е. находящийся в отсутствии
электрического поля, можно представить как собрание молекул, в которых положительные и отрицательные заряды
равномерно распределены. При поляризации заряды в каждой молекуле диэлектрика смещаются так, что на одном конце
молекулы появляется положительный заряд, на другом отрицательный. Каждая молекула при этом превращается в
электрический диполь.
В качестве величины, характеризующей степень поляризации диэлектрика, берётся дипольный момент единицы объёма
диэлектрика. Эта величина называется вектором поляризации:
∑
∆
=
р
V
Р
r
r
1
,
где
р
r
–
дипольный
момент
молекулы
диэлектрика
,
равный
произведению
заряда
диполя
на
расстояние
между
ними
lgр
r
r
=
.
Расстояние
l
r
называется
плечом
диполя
.
Это
вектор
,
направленный
от
отрицательного
к
положительному
заряду
.
Поляризация
приводит
к
уменьшению
напряжённости
электрического
поля
,
создаваемого
внешними
зарядами
в
диэлектрике
.
Ослабление
электрического
поля
в
диэлектрике
характеризуется
относительной
диэлектрической
проницаемостью
ε
.
Значение
этой
величины
зависит
от
строения
и
свойств
диэлектрика
и
его
способности
поляризоваться
во
внешнем
электрическом
поле
.
Итак
,
каждая
из
пластин
конденсатора
будет
находиться
в
однородном
поле
,
создаваемом
другой
пластиной
.
Сила
,
действующая
на
одну
из
пластин
со
стороны
другой
пластины
,
определяется
так
:
qEF
1
=
,
где
Е
1
–
напряжённость
поля
,
создаваемого
одной
пластиной
.
Напряжённость
Е
1
связана
с
поверхностной
плотностью
заряда
соотношением
E
=
0
2εε
δ
,
где
δ
–
поверхностная
плотность
зарядов
:
s
g
=δ
,
так
как
электрическая
сила
qEF
=
,
тогда
0
2
2εε
δ
=
s
F
.
Для
конденсатора
CUg
=
,
где
U
–
напряжение
;
С
–
ёмкость
конденсатора
.
Ёмкость
плоского
конденсатора
равна
d
s
С
0
εε
=
,
где
–
d
расстояние
между
пластинами
; ε –
диэлектрическая
проницаемость
диэлектрика
;
S
–
площадь
пластин
.
Для
круглых
пластин
S
=
4
2
D
π
,
где
D
–
диаметр
пластин
.
Тогда
F
2
22
0
0
2
22
0
2
2
0
2
822
2
d
UD
sd
Uc
s
sgs
πεε
=
εε
=
εε
=
εε
δ
=
.
Откуда
,
после
простых
преобразований
,
получим
0
6,1
εε
=
F
D
d
U
.

Страницы