2. Описание лабораторной установки

рисунок 8

Лабораторная установка включает в себя конденсатор с подвижными пластинами, измеритель емкости ИЕ цифровой Е8-4 (рисунок 8). Расстояние между пластинами 1 плоского конденсатора регулируется с помощью винта. Нижняя пластина жестко крепится к основанию, а верхняя выполнена подвижной. Конденсатор подсоединен к входу измерителя емкости 4. Работа ИЕ основана на зарядке измеряемого конденсатора от источника сигнала переменного тока стабильной формы, амплитуды и частоты с последующим дифференцированием, выделением постоянной составляющей на синхронном детекторе и фиксацией ее измерительным устройством. На передней панели прибора расположены тумблер “Сеть” и “клеммы С_x” для подключения измеряемого конденсатора. Отчет измеренной емкости ведется по цифровому табло.

3. Методика эксперимента

Для определения диэлектрической проницаемости вещества в работе использован плоский конденсатор (рисунок 7). Он состоит из двух плоских одинаковых пластин , расстояние между которыми , причем , что дает возможность считать пластины бесконечно плоскими. Заряды пластин и . Тогда поверхностная плотность заряда . Напряженность поля, создаваемого бесконечной заряженной плоскостью

; .

Поле плоского конденсатора локализовано в пространстве между его обкладками (пластинами). Если ось ОХ проведена перпендикулярно пластинам конденсатора в направлении от положительно заряженной пластины 1 () к отрицательно заряженной 2 (), то напряженность поля между пластинами (рисунок 8) равна

или ,

здесь – диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей конденсатор.

Из формулы, связывающей напряженность и потенциал, имеем

.

Тогда разность потенциалов пластин .

Электроемкость конденсатора равна

. (3.1)

4. Порядок выполнения работы

1. Включить измеритель емкости в сеть посредством шнура с вилкой.

2. Перевести тумблер на лицевой панели ИЕ «Сеть» в верхнее положение, при этом должна загореться шкала прибора.

3. Подключить к клеммам “” конденсатор.

4. Для трех значений зазора между пластинами определить емкость конденсатора без диэлектрика. Результаты измерений занести в таблицу 1.

5. По формуле (16) рассчитать теоретическое значение емкости .

Таблица 1.

№ П/П

6. Вычислить и оценить точность эксперимента.

7. Для каждого из трех диэлектриков произвести измерение емкости конденсатора с диэлектриком не менее 5 раз. Необходимо плотно прижимать обкладки конденсатора к пластине из диэлектрика. Результаты эксперимента свести в таблице 2.

8. По формуле (16) вычислить диэлектрическую проницаемость в каждой серии опытов.

Таблица 2.

Вещество	№ П/П
	1 . . 5 ср.
	1 . . 5 ср.
	1 . . 5 ср.

9. Произвести исследование границ применимости формулы (3.1). Для этого повторить п.п. 8-10 для 20 значений : от 0,5см до 5см с шагом 0,5см.

10. Установить диапазон изменений , в котором отклонение емкости от не более 30%.

11. Построить зависимость погрешности от величины заряда.

12. Установить в конденсатор один из диэлектриков, емкость которого Вы определили (таблица 2). Величину зазора выбрать больше толщины пластины . Определить емкость полученной системы.

Вывести формулу для теоретического расчета емкости в этом случае. Сравнить теоретические и экспериментальное значения.