Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Рыбинская государственная авиационная
технологическая академия им. П. А. Соловьева
Кафедра Общей и технической физики
Лаборатория «Электричество и магнетизм»
УТВЕРЖДЕНО
на заседании методического
семинара кафедры ОиТФ
« » _________ 2008 г.
Зав.каф. Пиралишвили Ш.А.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №ЭМ-2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА
Методическое руководство
разработано доц. Суворовой З.В.
Рецензент доц. Шалагина Е.В.
Рыбинск, 2008 г.
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Убедиться в присоединении заземляющего провода к корпусу установки.
Включить установку только с разрешения преподавателя.
Не прикасаться к оголенным токонесущим элементам установки.
При обнаружении неисправности установки обесточить ее и немедленно известить преподавателя.
Цель работы: определение диэлектрической проницаемости диэлектрических пластин, исследование электрического поля в диэлектрике.
Приборы и оборудование: Конденсатор с подвижными пластинами, измеритель емкости, цифровой вольтметр.
1.Краткие теоретические сведения электрическое поле в диэлектриках
1.2.Полярные и неполярные молекулы
Если диэлектрик внести в электрическое поле, то и поле, и диэлектрик претерпевают изменения. В составе атомов и молекул имеются положительные и отрицательные заряды (ядра, электроны). Электроны движутся в пределах атома или молекулы с огромной скоростью, их положения меняются, и действие каждого электрона на заряды будет таким, как если бы он находился в покое в некоторой точке, которая является усредненным положением электронов во времени.
Если расстояния превышают размеры молекулы, то действие всех электронов молекулы эквивалентно действию суммарного заряда, помещенного в некоторую точку внутри молекулы. Эта точка называется центром тяжести отрицательных зарядов, Действие же ядер эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в центр тяжести положительных зарядов. Ясно, что центр положительных зарядов определяется радиус-вектором:
,
где
-
радиус-вектор точки, в которой появляется
-ый
положительный заряд
- суммарный положительный заряд молекулы.
Радиус-вектор центра тяжести отрицательных зарядов равен:
.
Ясно, что суммарный положительный заряд молекулы равен суммарному отрицательному заряду, взятому с обратным знаком.
В отсутствие внешнего электрического поля центры положительных и отрицательных зарядов могут совпадать (молекула неполярна), либо не совпадать (молекула полярна, эквивалентна электрическому диполю). Полярная молекула обладает собственным электрическим моментом.
.
Если для положительных и отрицательных зарядов применить единую нумерацию, то
.
(1)
Если
система зарядов в целом нейтральна, то
выражение (1) не зависит от выбора точки,
относительно которой берутся
радиус-векторы
.
Неполярные молекулы собственным
электрическим моментом не обладают.
Под действием внешнего электрического
поля заряды в неполярной молекуле
смещаются друг относительно друга:
положительные по направлению поля,
отрицательные - против поля. В результате
молекула приобретает электрический
момент, пропорциональный напряженности
поля:
где
- поляризуемость молекулы.
Явление, заключающееся в возникновении в каждом объеме диэлектрика макроскопического электрического дипольного момента, называется поляризацией.
Процесс поляризации неполярной молекулы можно объяснить, если представить, что положительные и отрицательные заряды молекулы связаны друг другом силами, пропорциональными их смещению, то есть неполярная: молекула ведет себя как упругий диполь.
Действие внешнего поля на полярную молекулу сводится к стремлению повернуть молекулу так, чтобы ее электрический момент установился по направлению поля. На величину же электрического момента внешнее поле практически не влияет, то есть молекула ведет себя как жесткий диполь.