Исследование электрического поля плоского конденсатора

Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа №1

Исследование электрического поля плоского конденсатора

Рис. 1. Установка для измерения напряженности электрического поля как функции напряжения и расстояния между пластинами.

Санкт-Петербург

2008

Цель работы: Измерение напряженности электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, определение электроемкости плоского конденсатора.

Общие сведения.

Известно, напряженность электрического поля  и потенциал j связаны между собой соотношением

                                                                 (1)

.

В однородном электрическом поле соотношение (1) может быть представлено

,                                                          (2)

где U – напряжение между точками поля, которые находятся на расстоянии Dx ; Ex – проекция  на ось x.

Для электрического поля между пластинами плоского конденсатора, находящимися на расстоянии d, можно написать

,                                                                (3)

где U –  напряжение, подводимое на пластины конденсатора.

Электроемкость плоского конденсатора можно определить на основании измерения E и U. Известно, что

,   ,                                                 (4)

где e₀ – электрическая постоянная, S – площадь пластин конденсатора, q – заряд конденсатора.

С другой стороны C – можно рассчитать по формуле

.                                                        (5)

В работе следует:

1)  Определить E при разных напряжениях, подаваемых на пластины конденсатора.

2)  Исследовать зависимость E от d.

3)  Определить электроемкость конденсатора в зависимости от d.

4)  Сопоставить С_эксп. и С_теор.

Схема установки

Установка (рис. 1) состоит из источника питания (0 – 600 В); измерителя напряжения; измерителя электрического поля; плоского конденсатора с раздвижными пластинами, установленными на профильной скамье; соединительных проводов. Измеритель напряженности электрического поля прикреплен к правой пластине конденсатора и соединен с мультиметром. К пластинам присоединен мультиметр, измеряющий напряжение на пластинах, подаваемое от источника питания.

Порядок выполнения.

1 часть.

1)  Проверить электрическую схему установки.

2)  Установить пластины конденсатора на расстояние 10 – 15 см между ними.

3)  Включить источник питания и измерительные приборы.

4)  Подать напряжение 12 В и отбалансировать измеритель напряженности поля нулевым напряжением.

5)  Для балансировки необходимо:  на самом чувствительном  канале измерителя напряженности электрического поля (горит светодиод верхнего канала) поворотом ручки  измерителя напряженности  добиться  показания нуля  на мультиметре, измеряющем напряженность электрического поля. При этом, показания напряженности  электрического поля следует умножать на 100. При больших напряженностях поля  следует перейти на следующий канал 10 кВ/м (загорится соответствующий светодиод)  и показания мультиметра  в этом случае следует умножать на 1000, полученный результат будет соответствовать напряженности поля в конденсаторе в В/м.