книги / Общая физика. Электричество и магнетизм

Рис. 3. Измерение Ах, вдоль центральной силовой линии

Эта формула выражает значение эквивалентной напряженности

Е (В/м) однородного электрического поля.

Задание 2. Исследование поля цилиндрического конденсатора

Соберите электрическую цепь по схеме на рис. 4. Постройте ли­ нии равного потенциала и силовые линии для цилиндрического кон­ денсатора аналогично тому, как это сделано для плоского конденса­ тора (пункты 2 -8). Вдоль одной из силовых линий проведите изме­ рения расстояний Аг.

Занесите результаты измерений в табл. 2.

Постройте график зависимости Д<р от Аг (очевидно, что эта за­ висимость не будет линейной, так как в этом случае поле неодно­ родное).

Рис. 4. Электрическая схема для исследования поля цилиндрического конденсатора

Таблица 2

1-5

Задания для отчета

1.Электрическое поле и его характеристики. Графическое изо­ бражение электрического поля. Силовые линии и эквипотенциаль­ ные поверхности.

2.Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля.

3.Напряженность поля точечного заряда. Потенциал поля то­ чечного заряда.

4.Принцип суперпозиции для напряженности и потенциала электрического поля.

5.Теорема Гаусса и ее применение для расчета напряженности электрического' поля бесконечной равномерно заряженной плоско­

сти, двух и более плоскостей; бесконечной равномерно заряженной

нити, цилиндра; равномерно заряженной сферы, объемно заряжен­

ного шара.

6.Схема экспериментальной установки и порядок построения линий равного потенциала.

7.Метод наименьших квадратов для построения линейных экс­ периментальных зависимостей.

8.Три концентрические сферы радиусами 7?, 27?, 37? имеют заряды

+q, +Ъ], -Зя соответственно. Определить потенциал каждой сферы.

9. Внутри полой тонкостенной проводящей сферы радиусом 7? находится другая концентрическая сфера радиусом г {г < 7?). Боль­ шой сфере сообщили за ряд £), малой - заряд д. Определить потен­ циалы сфер.

10. Металлический заряженный шар радиусом 7?1 помещен в центре проводящей сферической оболочки, внутренний и внешний радиусы которой соответственно равны Я2 и 7?з. Заряд шара (). На­ пишите выражения и постройте график зависимости напряженности поля Е и потенциала <р от расстояния г от центра шара.

Лабораторная работа № 3 И З М ЕР ЕН И Е ЕМ КО СТИ К ОН Д ЕН С АТОРА

И Д И Э Л ЕК ТРИ Ч ЕС К О Й П РОНИЦ АЕМ ОСТИ

Цель работы: познакомиться с методом измерения емкости кон­ денсатора.

Приборы и принадлежности: генератор низкой частоты, вольтметр (осциллограф), набор сопротивлений и емкостей, набор диэлектрических пластин и модуль МО-3.

Краткая теория

Плоский конденсатор состоит из двух (или более) металли­ ческих пластин, между которыми находится диэлектрик с диэлек­ трической проницаемостью е. Емкость конденсатора есть отно­ шение заряда q на обкладках конденсатора к той разности потенциа­ лов и, которую этот заряд сообщает конденсатору.

Емкость плоского конденсатора (2)

и

19 где Бо = 8,85-10 Ф/м; £ - площадь поверхности обкладки конденса­

тора; с1- расстояние между обкладками; б - диэлектрическая про­ ницаемость диэлектрика между обкладками.

Описание установки

Разборный конденсатор смонтирован на модуле МО-3. Нижняя пластина-1 присоединена к клеммам «1» на модуле (рис.1). Верхняя пластина-2 - съемная, она позволяет заменять диэлектрик конденса­

4.Проделайте измерения со всеми пластинами диэлектрика.

5.Рассчитайте емкость конденсатора при всех данных в работе диэлектриках по формуле (3):

и- и с>

6.Используя формулу (2), рассчитайте диэлектрическую прони цаемость каждого диэлектрика по формуле (4).

£0S

7. Результаты расчетов занесите в таблЛ.

и диэлектрическую проницаемость конденсаторов по формулам (3) и (4). Заполните табл. 2 (Ко = 9,8 кОм).

Задания для отчета

1.Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные ди­ электрики. Поверхностная плотность связанных зарядов.

2.Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая воспри­ имчивость и диэлектрическая проницаемость. Вектор электриче­ ской поляризации и вектор электрического смещения.

3.Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике.

4.Электроемкость проводников. Конденсаторы. Расчет емкости плоского цилиндрического и других конденсаторов. Соединения кон­ денсаторов. Емкостное сопротивление.

5.Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии.

6.В однородном поле находятся вплотную прижатые друг к дру­ гу пластины из слюды и текстолита так, что силовые линии перпен­ дикулярны пластинам. Напряженность поля в текстолите £ т = 60 В/м. Найти напряженность поля в слюде и вне пластины.

7.Расстояние между обкладками плоского конденсатора увели­ чивают. Как изменится: а) электроемкость конденсатора; б) напря­ женность электрического поля; в) напряжение? Рассмотреть два слу­ чая: 1) конденсатор заряжен и отключен от источника напряжения;

2)конденсатор подключен к источнику напряжения.

8. Плоский конденсатор состоит из двух пластин, площадью £ = = 200 см2 каждая, расположенных на расстоянии ¿/ = 2 мм друг от дру­ га, между которыми находится слой слюды. Какой наибольший заряд можно сообщить конденсатору, если допустимое напряжение и = 3 кВ?

9. К воздушному конденсатору, напряжение на котором £/1 = = 210 В, присоединили параллельно такой же незаряженный конден­

сатор, но с диэлектриком из стекла. Какова диэлектрическая прони­

цаемость стекла, если напряжение на зажимах батареи стало С/= 30 В.

10.Пространство между обкладками плоского конденсатора за­ полнено двумя слоями диэлектрика толщиной с1\ и йг, которые па­ раллельны обкладкам конденсатора. Диэлектрические проницаемо­ сти диэлектриков е\ и б2 соответственно. Площадь пластин & Найти емкость конденсатора С.

11.Плоский конденсатор заполнен диэлектриком и на его пла­ стины подана некоторая разность потенциалов. Его энергия при этом равна 2-10-5 Дж. После того как конденсатор отключили от ис­ точника напряжения, диэлектрик вынули из конденсатора. Работа, которую надо было совершить против сил электрического поля, чтобы вынуть диэлектрик, равна 7-10-5 Дж. Найти диэлектрическую проницаемость диэлектрика.

Лабораторная работа № 4

ИЗ УЧ ЕН И Е ЗАВИСИМ ОСТИ М ОЩ НОСТИ

ИКПД ИСТОЧ НИКА ТО К А ОТ Н А ГР УЗ К И

Цель работы: изучение режима работы источника тока при пе­ ременной внешней нагрузке.

Приборы и принадлежности: источник переменного тока, вольтметр, амперметр, резистор Я\ = 91 Ом и переменный резистор

Я2= 2,2 кОм на модуле МО-3.

Краткая теория

В повседневной жизни мы постоянно пользуемся источниками электрической энергии и редко задумываемся об их оптимальном использовании. Мы присоединяем к источникам электрического то­ ка бытовые электроприборы, различные электродвигатели и т.п. Все эти элементы называются общим словом - нагрузкой. Нагрузка об­ ладает некоторым электрическим сопротивлением Я и потребляет электрический ток силой / (рис. 1).

Рис. 1. Электрическая цепь с внешней нагрузкой

Нагрузка является внешней частью электрической цепи, но есть еще и внутренняя часть цепи - это сам источник тока с его внутрен­ ним сопротивлением г. По источнику тока протекает тот же ток / и выделяется некоторая мощность, приводящая к его нагреванию.