vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Описание установки
Установка (рис. 1) состоит из источника питания (1); измерителя напряжения (2); измерителя электрического поля (3); плоского конденсатора с раздвижными пластинами (4),
установленными на профильной скамье (5); соединительных проводов. Измеритель напряженности электрического поля прикреплен к правой пластине конденсатора и соединен с мультиметром (6). Параллельно к пластинам присоединен мультиметр, измеряющий напряжение на пластинах, подаваемое от источника питания.
4
3
1
5
6
2
Рис. 1. Установка для измерения напряженности электрического поля как функции напряжения и расстояния между пластинами.
Порядок выполнения
1)Проверить электрическую схему установки.
2)Установить пластины конденсатора на расстояние 10 – 15 см
между ними.
3)Включить источник питания и измерительные приборы и убедиться по показаниям вольтметра 2 (см. рис. 1), что на пластины конденсатора не подано напряжение.
9
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
4)Подать напряжение 12 В для обеспечения вращения лопостей измерителя поля (первый слева регулятор на источнике питания)
5)Отбалансировать измеритель напряженности поля нулевым напряжением: для балансировки необходимо на самом чувствительном пределе измерителя напряженности электрического поля (рис.2) зажечь светодиод кнопкой “RANGE” на верхнем канале (1 kV/m), затем поворотом ручки балансира
“ 0 ” добиться показания нуля на мультиметре, измеряющем напряженность электрического поля (контакты с этого мультиметра 6 подсоединены к верхним разъемам измерителя
на рис. 2). При этом, показания |
|
||||
напряженности электрического поля |
|
||||
на данном |
мультиметре |
следует |
|
||
умножать на 100. При больших |
|
||||
напряженностях |
поля |
(если |
|
||
мультиметр |
показывает |
больше |
|
||
10 В) следует |
перейти |
кнопкой |
|
||
“RANGE” на следующий |
предел |
|
|||
10 кВ/м (загорится соответствующий |
|
||||
светодиод) и показания мультиметра |
|
||||
в этом случае следует умножать на |
Рис. 2 Балансировка |
||||
1000; на нижнем пределе (100 kV/m) |
|||||
измерителя напряженности и |
|||||
соответственно |
показания |
||||
пределы измерений |
|||||
мультиметра |
следует умножить на |
|
|||
10 000. Полученный результат будет соответствовать
напряженности поля в конденсаторе, выраженным в В/м. В данной лабораторной работе рекомендуется производить измерения на втором пределе.
6)Подать на пластины конденсатора напряжение 200 Вольт (третий слева регулятор на источнике питания; точность данного значения проверять на вольтметре, присоединенном параллельно к пластинам конденсатора). С мультиметра, подсоединенному к измерителю напряженности, записать в таблицу 1 показания напряженности электрического поля при
10
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
разных расстояниях между пластинами. (ВНИМАНИЕ!
Передвигать пластины конденсатора можно только при выключенном напряжении на конденсаторе.)
Таблица 1.
№ |
d |
Eэксп |
U |
Eтеор |
Сэксп |
Стеор |
|
см |
|
В |
В/м |
Ф |
Ф |
1 |
12 |
|
200 |
|
|
|
2 |
10 |
|
|
|
|
|
3 |
8 |
|
|
|
|
|
… |
… |
|
|
|
|
|
7)Отключить источник питания и установить пластины на другое расстояние в соответствии с табл. 1 и, снова отбалансировать
измеритель напряженности электрического поля.
8)Подать напряжение 200 В и измерить напряженность при новом расстоянии.
9)Выполнить пункты 6, 7 и 8 для других расстояний.
10)Установить пластины на фиксированное расстояние d = 5 см.
11)Выполнить пункты 3 – 5. Снять зависимость E от U, занося
данные в таблицу 2.
Таблица 2.
№ |
d |
U |
Eэксп |
Eтеор |
|
см |
В |
|
|
1 |
5 |
50 |
|
|
2 |
|
75 |
|
|
3 |
|
100 |
|
|
… |
|
… |
|
|
12) Повторить |
пункт 11) |
при |
расстоянии |
между пластинами |
||||
d = 10 см. данные занести в таблицу 3. |
|
|
||||||
Таблица 3. |
|
|
|
|
|
|||
|
№ |
d |
|
U |
|
Eэксп |
Eтеор |
|
|
|
см |
|
В |
|
|
|
|
|
1 |
10 |
|
50 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
75 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
100 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
… |
|
|
|
|
11
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
13) Измерить и записать площадь пластин S конденсатора.
Обработка результатов
1)По данным таблицы 1 рассчитать Eтеор по формуле (6) и
сопоставить с экспериментальными данными.
2)По данным таблицы 1 определить Сэксп по формуле (8) и сопоставить с результатами Стеор, рассчитанной по формуле (7).
3)Построить график зависимости Eтеор.от d и Eэксп.от d при U=200 В по данным табл. 1 в одной координатной плоскости.
4)Построить график зависимости С от d и Стеор от d в одной координатной плоскости по данным табл. 1.
5)На основе формулы (6) и данных таблиц 2 и 3 построить в одной координатной плоскости зависимости напряженностей полей Eтеор.от U и Eэксп.от U для d1 = 5 см и d2 = 10 см.
6)Рассчитать силу взаимного притяжения пластин на основе
|
формул (9) и (10) при расстояниях между обкладками |
|
d1 = 0,01 мм, d2 = 1 мм и d3 = 10 мм при U=200 В. |
7) |
Рассчитать теоретическое значение энергии поля конденсатора |
|
по формуле (11) в зависимости от напряжения между |
|
пластинами. Построить зависимость энергии W от напряжения |
|
U в диапазоне от 0 до 500 В для d1 = 5 мм и d2 = 10 мм. |
8) |
Рассчитать погрешности косвенно измеренных величин. |
Содержание отчета
Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ, в котором помимо стандартного титульного листа должны быть раскрыты следующие пункты:
I.Цель работы.
II.Краткое теоретическое содержание:
1.Явление, изучаемое в работе.
2.Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
12
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3.Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы.
4.Пояснения к физическим величинам. III. Электрическая схема.
IV. Расчётные формулы.
V. Формулы погрешностей косвенных измерений. VI. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
(Таблицы должны быть пронумерованы и иметь название. Единицы измерения физических величин должны быть указаны в отдельной строке.)
VII. Пример вычисления (для одного опыта):
1.Исходные данные.
2.Вычисления.
3.Окончательный результат. VIII. Графический материал:
1.Аналитическое выражение функциональной зависимости, которую необходимо построить.
2.На осях координат указать масштаб, физические величины и единицы измерения.
3.На координатной плоскости должны быть нанесены экспериментальные точки.
4.По результатам эксперимента, представленным на координатной плоскости, провести плавную линию,
аппроксимирующую функциональную теоретическую зависимость в соответствии с методом наименьших квадратов.
IX. Анализ полученного результата. Выводы.
13