Основные расчетные формулы

Цель работы

Определение электрической ёмкости конденсатора C_x. Выявление взаимосвязи электрической постоянной и напряжения U, электрической постоянной и расстояния между обкладками конденсатора d. Определение зависимости диэлектрической проницаемости от напряжения (U).

2. Краткое теоретическое содержание

В основе эксперимента лежать такие физические явление, как поляризация диэлектрика.

Определение физических понятий, процессов, объектов и величин

Поляризация диэлектрика - ограниченное смещение связанных зарядов в диэлектрике или поворот электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Диэлектрической проницаемостью называется параметр, характеризующий электрические свойства диэлектриков. Другими словами, он определяет, насколько хорошим изолятором является тот или иной материал.

Электрическая ёмкость - характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.

Электрическая постоянная - физическая константа, скалярная величина, входящая в выражения некоторых законов электромагнетизма.

Свободные заряды – заряды, способные перемещаться под действием электрического поля на макроскопические расстояния.

Связанные заряды – заряды, которые входят в состав атомов, молекул, ионов в кристаллических диэлектриках с ионной решёткой и могут под действием электрического поля лишь незначительно смещаться из своих положений равновесия.

Законы и соотношения

Теорема Гаусса – поток вектора напряжённости электрического поля сквозь произвольную неподвижную замкнутую поверхность, мысленно проведённой в электрическом поле, равен отношению суммарного свободного заряда Q, заключённого внутри области, ограниченной этой поверхностью, к электрической постоянной:

Условие потенциальности поля - циркуляция вектора напряжённости электрического поля по произвольномунеподвижному замкнутому контуру l, мысленно проведённому в электрическом поле, равна нулю:

Пояснения к физическим величинам, входящим в формулы, единицы измерения

E – напряженность электрического поля, В;

Q–суммарный свободный заряд, Кл;

S– произвольная замкнутая поверхность, м²;

l – неподвижный замкнутый контур, м;

– диэлектрическая постоянная,Ф/м.

Схема экспериментальной установки

Основные расчетные формулы

Экспериментальная ёмкость конденсатора: , где С – емкость дополнительного конденсатора, Ф; U– напряжение на источнике питания, В; U_c–напряжение на конденсаторе, В.

Теоретическая ёмкость конденсатора: , где ε – диэлектрическая проницаемость среды; – электрическая постоянная, ; S– площадь пластин конденсатора, м²; d– расстояние между обкладками, м.

Электрическая постоянная: , где С – емкость дополнительного конденсатора, Ф; U_c– напряжение на конденсаторе, В; U– напряжение на источнике питания, В; S– площадь пластин конденсатора, м²; ε – диэлектрическая проницаемость среды; d– расстояние между обкладками, м.

Диэлектрическая проницаемость среды: , гдеС – емкость дополнительного конденсатора, Ф; U_c– напряжение на конденсаторе, В; – электрическая постоянная, S– площадь пластин конденсатора, м²; Е – напряженность электрического поля, В.

Напряженность электрического поля: , где U_c– напряжение на конденсаторе, В; U – напряжение на источнике питания, В;d – расстояние между обкладками, м.