- •Оглавление
- •Введение
- •Условные обозначения в электрических схемах
- •Инструкция № 40
- •Общие положения
- •Правила поведения и обязанности студентов при выполнении лабораторных работ в учебных лабораториях кафедры
- •Подготовка к лабораторной работе
- •Порядок допуска к выполнению лабораторной работы
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Форма представления результата
- •Форма представления результата
- •Построение графиков
- •Пример построения графика
- •График зависимости длины стержня от растягивающей нагрузки
- •1. Электростатическое поле
- •1.1. Напряженность электрического поля
- •1.2. Потенциал
- •1.3. Связь между напряженностью и потенциалом
- •1.4. Линии напряженности и поверхности равного потенциала
- •1.5. Проводники в электростатическом поле
- •1.6. Электроемкость
- •1.7. Диэлектрики в электростатическом поле
- •Лабораторная работа №1 изучение электростатического поля
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •1. Дно ванны заполните водой.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 изучение электроемкости конденсаторов
- •Методика и техника эксперимента
- •Задание 1. Определение баллистической постоянной
- •Задание 2. Определение емкостей исследуемых конденсаторов
- •Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных конденсаторов
- •Контрольные вопросы
- •II. Постоянный электрический ток
- •2.1. Электрический ток, его характеристики и условия существования
- •2.2. Закон Ома в дифференциальной форме с точки зрения классической теории проводимости металлов (ктпм)
- •2.3. Обобщенный закон Ома
- •2.4. Закон Джоуля-Ленца
- •2.5. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа
- •Лабораторная работа №3 исследование цепи постоянного тока
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 экспериментальное изучение правил кирхгофа
- •Методика и техника эксперимента
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Вариант 1
- •I. Определение сопротивления r1
- •II. Определение сопротивления r2.
- •IV. Определение общего сопротивления при параллельном соединении сопротивлений r1 и r2
- •Вариант 2
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Измерения и вычисления для схемы 1
- •Измерения и вычисления для схемы 2
- •Справочные данные и параметры установки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 изучение температурной зависимости сопротивления проводников
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •III. Электрический ток в вакууме
- •Лабораторная работа №9. Определение работы выхода электрона из металла
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10. Изучение работы трехэлектродной лампы
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •IV. Постоянное магнитное поле
- •4.1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера.
- •(Нерелятивистский случай)
- •4 .3. Закон Био-Савара-Лапласа
- •4.4. Индукция магнитного поля соленоида
- •4.5. Магнитный поток
- •4.6. Действие магнитного поля на заряды
- •4.7. Электромагнитная индукция
- •V. Магнитное поле в веществе
- •5.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •5.3. Намагниченность
- •5.4. Магнитное поле в веществе
- •5.5. Ферромагнетики
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13. Определение удельного заряда электрона
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14. Изучение явления взаимной индукции
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15. Определение индуктивности катушки с помощью моста максвелла
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16. Изучение работы трансформатора переменного тока
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 17. Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •VI. Электромагнитные колебания
- •6.1. Колебательный контур
- •6.2. Затухающие колебания
- •6.3. Вынужденные колебания
- •6.4. Резонанс
- •Лабораторная работа № 18. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 20. Измерение мощности переменного тока и сдвиг фаз между током и напряжением
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 21. Выпрямление переменного тока с помощью мостовой схемы
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Приложение Основные физические постоянные (округленные значения)
- •Работа выхода электронов
- •Греческий алфавит
- •Множители и приставки
- •Электричество и магнетизм
- •664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
1.6. Электроемкость
1) Электроемкость уединенного проводника (т.е. удаленного от других проводников, тел и зарядов).
Из опыта следует что q ~ φ, т.е. q = Cφ; С – коэффициент пропорциональности.
. (1.6)
Электроемкость уединенного проводника численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. С зависит от размеров и формы проводника.
Пример. Расчет электроемкости С уединенного шара (сферы) радиуса R.
.
Подставив полученное выражение в формулу (1.6), получим С = 4πε0εR.
Электроемкость в системе СИ измеряется в фарадах (Ф); 1 Ф = 1Кл/1В. Фарад – очень большая величина. Поэтому на практике электроемкость С измеряют в мкФ (10-6 Ф), пФ (10-12 Ф).
2) Электроемкость конденсаторов.
При приближении к проводнику других тел его электроемкость существенно увеличивается. Это обусловлено явлением электростатической индукции.
Пусть заряд проводника q > 0, тогда на других телах возникают индуцированные заряды, причем отрицательные оказываются ближе к проводнику, нежели положительные.
Используя принцип суперпозиции φ = ∑φi, потенциал проводника уменьшается при приближении к нему незаряженных тел:
φ = φ0 – φ′_ + φ′+ ,
где φ0 – потенциал проводника, φ′_ и φ′+ – потенциалы индуцированных зарядов на других телах.
|φ′_| >| φ′+|, т.к. (-q′) находится ближе к проводнику.
Так как , то электроемкость конденсатора увеличится. Это позволило создать систему проводников, которая обладает электроемкостью C значительно большей, чем уединенный проводник, причем не зависящей от окружающих тел. Такая система называется конденсатором.
Простейший конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от друга.
Чтобы внешние тела не влияли на электроемкость С конденсатора, его обкладки располагают так, чтобы поле было сосредоточено практически полностью внутри конденсатора. Это означает, что линии Е, начинающиеся на одной обкладке, заканчиваются на другой, т.е. заряды должны быть одинаковы по величине и противоположны по знаку (q и –q).
,
где φ1 – φ2 = U – совпадает с напряжением.
а) Электроемкость плоского конденсатора
Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, разделенных зазором шириной d.
Напряженность между обкладками
; S – площадь каждой пластины.
без учета краевых эффектов. U = Ed – напряжение между обкладками. Следовательно,
.
Таким образом, электроемкость плоского конденсатора:
. (1.7)
Емкость реального конденсатора определяется полученным выражением тем точнее, чем меньше зазор d по сравнению с линейными размерами пластин.
б) Соединения конденсаторов
Для получения конденсатора заданной электроемкости нет необходимости каждый раз изготавливать новый образец. Необходимого результата добиваются, используя различные типы соединения конденсаторов, имеющихся в наличии.
1 . Параллельное соединение конденсаторов – соединение, при котором все конденсаторы подключены между собой одной и той же парой точек (узлами).
U1 = U2 =… = U = const.
Полный заряд равен сумме зарядов отдельных конденсаторов:
q = ∑qi = U (C1 + C2 + …+Cn).
Откуда следует Cןן = ∑Ci - (1.8)
полная емкость равна сумме емкостей от-дельных конденсаторов.
2. Последовательное соединение конденсаторов.
З начение заряда на каждом конденсаторе одно и то же:
q1 = q2 = … = qn = q = const.
Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах:
. (1.9)
При последовательном соединении полная емкость меньше самой малой емкости используемых конденсаторов.
Формулы (1.8) и (1.9) применяют не только для расчета емкости батареи конденсаторов, но и для определения емкости многослойных конденсаторов.
При смешанном соединении конденсаторов, последовательно применяют эти формулы.