МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ

БЕЛАРУСЬ

Гомельский государственный технический университет

имени П.О.Сухого

Кафедра физики

Лабораторная работа № 2-2

Определение диэлектрической проницаемости твердого полярного диэлектрика.

Выполнил студент гр. Э-13

Колесников П.М.

Принял преподаватель

Курбатова Л.М.

г. Гомель, 2002

Лабораторная работа №2-2

Определение диэлектрической проницаемости

твердого полярного диэлектрика.

Цель работы: Изучить электрические свойства диэлектриков измерить диэлектрическую проницаемость предлагаемых пластин.

Приборы и принадлежности: составной плоский конденсатор с набором пластин диэлектрика, генератор переменой ЭДС, частотомер, катушка взаимной индуктивности, масштабная линейка, соединительные провода или кабели.

Теоретическая часть

Каждая поляризованная молекула, как, диполь создает свое электрическое поле, быстро слабеющее при удалении от центра диполя. В не слишком сильных электрических полях деформация молекул невелика и пропорциональна напряженности электрического поля. У неполярного диэлектрика, находящегося во внешнем электрическом поле, все молекулы превращаются в диполи, ориентированные вдоль направления электрического поля. Степень поляризации диэлектрика зависит от его свойств и величины напряженности электрического поля, но не зависит от температуры. Такого рода поляризация имеет место во всех диэлектриках независимо от их агрегатного состояния.

Электрическое поле связанных зарядов поляризованного диэлектрика Е складывается с электрическим полем Е0 , которое создается свободными зарядами, и результирующее поле Е вызывает поляризацию диэлектрика где Е=Е+Е.

Причем векторы Р и Е параллельны в том случае, если диэлектрик занимает объем, ограниченный эквипотенциальной поверхностью. Поэтому диэлектрик помещают в плоский конденсатор, заряженный свободными зарядами q , которые создают электрическое поле Е0 . Направив ось Х параллельно вектору Е получим проекцию Е о, х равную модулю вектора Е. При таком выборе системы отсчета формула связи напряженности и потенциала упрощается до выражения Е о, х=Еmax=dψ/dx откуда dψ=E·dx

Интегрируя обе части этого уравнения от одной пластины до другой, мохно вычислить разность потенциалов между пластинами:.

Составив отношение: получим формулу емкости плоского вакуумного конденсатора.

;

Отношение напряженности электрического поля, созданного свободными зарядами в вакууме, к напряженности среднего значения электрического поля в однородном, изотропном диэлектрике при неизменных источниках поля - называется относительной диэлектрической проницаемостью диэлектрика и является основной макроскопической характеристикой диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз электрическое поле свободных зарядов в вакууме сильнее электрического поля тех - же зарядов в диэлектрике.

Из выражения следует, что относительная диэлектрическая восприимчивость показывает, во сколько раз электрическое поле образованное поляризованным веществом сильнее результирующего поля, вызывающего эту поляризацию. Для конденсатора заполненного диэлектриком можно рассчитать емкость:

;

Сравнивая последнюю формулу с формулой емкости вакуумного конденсатора, увидим, т.е. по отношению емкости конденсатора заполненного диэлектриком к емкости того – же конденсатора без диэлектрика при неизменных размерах и формы проводников, можно определить диэлектрическую проницаемость материала. Поскольку разбираемый конденсатор имеет малую емкость, то измерить ее можно только очень чувствительными резонансными методами.

Ход работы.

1. Собираем конденсатор, измеряем площадь пластин, подключаем к прибору и измеряем частоту все данные вносим в таблицу:

№
1
2
3

Вывод: Проделав лабораторную работу, мы изучили электрические свойства диэлектриков и измерили диэлектрическую проницаемость пластин.

4