ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ

В большинство формул электродинамики, если их записывать в СГС системе, входят множители и так называемая электродинамическая постоянная , равная скорости света в пустоте. Оказывается, что для упрощения записи основных соотношений электродинамики достаточно в выражениях закона Кулона, описывающего взаимодействие неподвижных зарядов положит коэффициент пропорциональности равным . Входящая в состав этого коэффициента величина называется электрической постоянной имеющая смысл универсальной физической константы. Ее величина равна  Ф/м.

Для экспериментального определения электрической постоянной можно использовать ряд методов, одним из которых, достаточно точным и несложным в практическом осуществлении, является метод, основанный на измерении емкости плоского конденсатора.

Рассмотрим плоский воздушный конденсатор, площадь каждой из пластин которого равна , а расстояние между ними много меньше по сравнению с линейными размерами обкладок, емкость конденсатора (в системе СИ) определяется выражением:

(1)

Пусть расстояние между обкладками изменяется на величину . Новое значение емкости при этом составляет:

(2)

Преобразуя последнее выражение, имеем:

(3)

Отсюда зависимость:

(4)

представляет собой прямую линию, угловой коэффициент которой определяет электрическую постоянною (см. рис. 1).

Рис. 1.

Цель работы: получение экспериментальной зависимости емкости плоского воздушного конденсатора от расстояния между его пластинами, определение на ее основе электрической постоянной.

Порядок проведения работы: пластины используемого в настоящей работе плоского конденсатора представляют собой два тщательно отполированных металлических диска, диаметром 30 см каждый. Одна из пластин жестко закреплена на эбонитовом держателе, вторая может перемещаться поступательно в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. Перемещение осуществляется микрометрическим винтом, который позволяет регистрировать изменение расстояния с высокой точностью.

Для измерения емкости конденсатора используется следующая электрическая схема.

Рис. 2.

При помощи реостата устанавливается некоторое значение тока, которое снимается с амперметра. Соответствующее напряжение регистрируется при помощи вольтметра. Перемещая движок реостата, снимают несколько значений тока и напряжений для текущей емкости (всего снимается 5 значений). Вращая микрометрический винт, изменяют расстояние между пластинами конденсатора – изменяют емкость. Снова повторяют измерения тока и напряжения. Результаты измерений заносят в таблицу.

Таблица 1

,м	, А	, В	, Ом	, Ом	, Ом2

При помощи формулы рассчитывают среднее значение емкости. По полученным данным строят зависимость .

Инструкция по применению программы

Данная лабораторная работа представляет из себя максимально близкое воспроизведение измерений на реальных приборах. Программа имитирует ошибку измерений, так что каждое снятое значение является уникальным. Ниже представлена рабочая форма (рис. 3.), состоящая из четырех полей и трех кнопок.

В поле «угол» вводится значение угла поворота рукоятки микрометрического винта (допустимые значения 0  360).

В поле «реостат» вводится значение сдвига бегунка в процентной доле от длины реостата (0 % - минимальное сопротивление, 100 % - максимальное).

Оставшиеся два поля – амперметр и вольтметр отображают соответствующие показания виртуальных приборов.

Рис. 3.

Кнопка «измерение» приводит к отображению новых показаний в полях «амперметр» и «вольтметр» для установленных пользователем значений в полях «угол» и «реостат».

Кнопка «в таблицу» заносит показания амперметра, вольтметра и смещения обкладки конденсатора в таблицу на листе «MS Excel».

Рабочий лист MS Excel также содержит несколько кнопок:

Кнопка «Определение электрической постоянной» вызывает форму «lab», описанную выше;

Кнопки «Методическое пособие» и «Наглядное пособие» вызывают одноименные пособия.