Кафедра общей и технической физики
По дисциплине: Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: «Исследование электрического поля плоского конденсатора»
Выполнил: студент гр. ИЗ-10-1 ______________ / Чернов И.Ю. /
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ассистент ____________ /Ежов О.Н./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
I. Цель работы:
Измерение напряженности электрического поля плоского конденсатора в зависимости от напряжения и расстояния между пластинами, определение электроемкости плоского конденсатора.
II. Краткое теоретическое содержание:
Электрическое поле — особая форма поля, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде в электромагнитных волнах. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его действию на заряженные тела: заряженные тела, будучи помещёнными в электрическое поле, испытывают действие силы. Поэтому основным действием электрического поля является ускорение тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.
Однородное электрическое поле - электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства.
Напряженность электрического тока – силовая характеристика электрического поля.
Ёмкость конденсатора - отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками.
Электроемкость конденсатора - это свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с ними электрическое поле.
Потенциал электрического поля - энергетическая характеристика электрического поля; скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к величине этого заряда.
Эквипотенциальная поверхность — это поверхность, на которой скалярный потенциал данного потенциального поля принимает постоянное значение. Другое, эквивалентное, определение — поверхность, в любой своей точке ортогональная силовым линиям поля.
Силовая линия - воображаемая математическая кривая в пространстве, направление касательной к которой в каждой точке, через которую она проходит, совпадает с направлением вектора поля в той же точке.
Определение основных понятий, объектов, процессов:
Плоский конденсатор - две металлические пластины, расположенные параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии друг от друга. При сообщении пластинам одинаковых по модулю зарядов разных знаков в пространстве между пластинами возникает практически однородное электрическое поле.
Вольтметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения.
Мультиме́тр — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр.
III. Схема установки:
IV. Расчётные формулы:
1) Теоретическая электроёмкость плоского конденсатора:
- теоретическая электроёмкость плоского конденсатора, =(Ф)
- электрическая постоянная, =(
)
- диэлектрическая проницаемость,
- площадь пластины плоского конденсатора, =(
)
- расстояние между пластинами, =(м)
2) Экспериментальная электроёмкость плоского конденсатора:
- экспериментальная электроёмкость плоского конденсатора, =(Ф)
- электрическая постоянная, =()
- площадь пластины плоского конденсатора, =()
- напряженность электрического поля, =(
)
- напряжение, =(В)
3) Теоретическая напряженность электрического поля:
- теоретическая напряженность электрического поля, =()
- напряжение, =(В)
- расстояние между пластинами, =(м)
V. Формулы погрешностей косвенных измерений
Косвенная погрешность экспериментальной электроёмкости плоского конденсатора:
, при
*приборная погрешность вольтметра 
, 
*приборная погрешность линейки 
VI. Таблицы с результатами измерений и вычислений:
Таблица 1. Измерение напряженности электрического поля в зависимости от расстояния между пластинами
| № | d | E эксп | U | E теор | С эксп | С теор |
| см | В/м | В | В/м | Ф | Ф | |
| 1666.67 | 4,371 
| 6,564
| ||||
| 7,404
| 7,867
| |||||
| 9,334
| 9,846
| |||||
| 3333.33 | 12,44
| 13,13
| ||||
| 18,67
| 19,69
| |||||
| 37,53
| 39,38
|
График зависимости E теор. от d и E эксп. от d при U= 200 В
График зависимости С от d и Стеор от d
Таблица 2. Измерение напряженности электрического поля в зависимости от напряжения.
| № | d | U | E эксп | E теор |
| см | В | В/м | В/м | |
VII. Пример вычисления для одного из опытов:
Исходные данные:
Площадь плоского конденсатора S= 
Электрическая постоянная 
Диэлектрическая проницаемость среды 
Погрешности прямых измерений:
Приборная погрешность вольтметра ,
Приборная погрешность линейки
Вычисления:
Вычислим теоретическую электроёмкость плоского конденсатора по формуле 
:
Вычислим экспериментальную электроёмкость плоского конденсатора по формуле 
:
Вычислим погрешность для экспериментальной электроёмкости плоского конденсатора по формуле :
Вычислим теоретическую напряженность электрического поля по формуле :
Силу взаимного притяжения пластин при расстояниях между обкладками d 1 = 0,01 мм, d 2 = 1 мм и d 3 = 10 мм при U= 200 В.
Пондеромоторное давление p, рассчитывается по формуле:
.
Сила притяжения:
.
1)p=0,018(
) => F=1,6 
(Н)
2) p=0,17 () => F=1,05 
(Н)
3)p=1,77 () => F=1,58 
(Н)
При малых расстояниях между обкладками появляются большие электростатические поля и эти силы становятся значительными.
Вывод:
В результате проделанных опытов мы получили напряженности электрического поля между пластинами плоского конденсатора при фиксированных значениях U и d. В ходе опыта можно было заметить, что про увеличении расстояния между пластинами напряженность электрического поля уменьшалась, а при увеличении напряжения в цепи наоборот, напряженность увеличивалась.