- •Саровский государственный физико - технический институт физический практикум
- •Часть II электричество и магнетизм
- •Введение. Лабораторный комплекс "Электромагнетизм"
- •Описание приборов
- •Порядок работы с комплексом
- •Работа №1. Изучение лабораторного комплекса
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Измерение постоянного напряжения и тока
- •Упражнение 2. Измерение периодических сигналов
- •Контрольные вопросы
- •Работа №2. Измерение диэлектрической проницаемости
- •Краткая теория Строение диэлектриков
- •О писание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Работа №4. Определение емкости конденсатора
- •Краткая теория
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Измерение магнитного поля Земли
- •Упражнение 2. Измерение поля постоянного магнита
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Работа №6. Измерение магнитной проницаемости. Петля гистерезиса ферромагнетика
- •Краткая теория
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Измерение магнитной проницаемости
- •Упражнение 2. Петля гистерезиса ферромагнетика
- •О писание эксперимента
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Измерение индуктивности катушек
- •Упражнение 2. Измерение коэффициента взаимной индукции
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Работа №8. Магнитное поле соленоида
- •Краткая теория
- •Соленоид
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Определение индуктивности соленоида
- •Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний
- •Свободные затухающие колебания
- •Вынужденные колебания. Резонанс
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы
- •Сложение гармонических колебаний одного направления с разными частотами
- •Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний с одинаковыми частотами
- •Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний с разными частотами.
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Сложение колебаний одного направления
- •Упражнение 2. Сложение перпендикулярных колебаний
- •Обработка результатов прямых измерений
- •Обработка результатов косвенных измерений
- •Точность измерительных приборов
- •Правила построения графиков.
- •Рекомендации по оформлению таблиц
- •Литература.
- •Оглавление
Работа №2. Измерение диэлектрической проницаемости
Цель работы: Изучение свойств диэлектриков, методов измерения диэлектрической проницаемости.
Краткая теория Строение диэлектриков
Диэлектриками называются вещества, в которых отсутствуют свободные носители заряда. Различается три вида диэлектриков:
1
(1)
где q – заряд, – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному, длина которого значительно меньше размеров молекулы. Величина дипольного момента приближенно прямо пропорционально напряженности поля. Такие молекулы подобны упругим диполям.
2. Полярные диэлектрики, в молекулах которых “центры тяжести” положительных и отрицательных зарядов находятся на некотором расстоянии друг от друга даже в отсутствие внешнего электрического поля. Такие молекулы подобны жестким диполям. Величина дипольного момента имеет порядок 10‑29Клм. Во внешнем электрическом поле на каждый жесткий диполь будет действовать вращательный момент, стремящийся повернуть его так, чтобы вектор дипольного момента принял направление, совпадающее с направлением напряженности внешнего поля. Такой ориентации диполей препятствует хаотическое тепловое движение молекул. Поэтому среднее значение проекции векторов дипольных моментов молекул на направление вектора напряженности внешнего поля оказывается примерно пропорциональным напряженности поля E и обратно пропорциональным абсолютной температуре T. Диэлектрик в целом приобретает дипольный момент, направленный вдоль напряженности внешнего поля, величина которого увеличивается с ростом напряженности. Под действием внешнего электрического поля в полярной молекуле наряду с ориентацией по направлению поля, возникает, также как и в неполярной молекуле, смещение “центров тяжести” положительных и отрицательных зарядов вдоль поля. Однако это смещение играет значительно меньшую роль, чем вращение жестких дипольных моментов, и в первом приближении им можно пренебречь.
3. Кристаллические диэлектрики, имеющие ионную структуру, в которых под действием внешнего электрического поля происходит смещение положительных ионов кристаллической решетки по направлению напряженности поля, а отрицательных ионов – против поля.
Происходящая во всех видах диэлектриков ориентация дипольных моментов молекул под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектриков. Соответственно, поляризация неполярных диэлектриков называется деформационной, полярных – ориентационной, кристаллических – решеточной. В результате поляризации на поверхности диэлектриков возникают связанные электрические заряды противоположных знаков, которые образуют собственное электрическое поле, вектор напряженности которого направлен противоположно вектору напряженности внешнего поля. В результате этого напряженность E поля в диэлектрике всегда меньше напряженности Eo внешнего поля:
(2)
где ε – относительная диэлектрическая проницаемость данного вещества.
Мерой поляризации служит дипольный момент единицы объема диэлектрика, называемый поляризованностью или вектором поляризации:
(3)
где – векторная сумма дипольных моментов молекул, V – физически малый объем.
Поляризованность P в не слишком сильных полях прямо пропорционально напряженности поля E и численно равна поверхностной плотности связанных зарядов :
P = εо E = ,
где – диэлектрическая восприимчивость данного вещества ( = ε – 1), εо – электрическая постоянная (εо =10-9/36π ≈ 8.85.10-12Ф/м).
Поляризованность, также как и поверхностная плотность заряда, измеряется в Кл/м2.