ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11. Лабораторная работа

• Название: Лабораторная работа
• Дата: 01.04.2022
• Размер: 95.85 Kb.
• Имя файла: ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11.doc
• Тип: Исследование; #434216

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОГО ДИЭЛЕКТРИКА
Цель работы: Исследование поведения жидкого диэлектрика в неоднородном электрическом поле конденсатора и определение диэлектрической проницаемо- сти этого диэлектрика
Описание установки и метода измерений
Экспериментальное определение диэлектрической проницаемости жидко- го диэлектрика основано на явлениивтягиваниядиэлектрикавобластьболее сильногополявнеоднородномэлектрическомполе.

На рис.1. приведено схематичное изображение экспериментальной установ- ки, используемой для определения диэлектрической проницаемости жидкого ди- электрика.








Рис.1. Схематичное изображение экспериментальной установки
Две параллельные пластины конденсатора (С) частично погружены или касаются жидкости, находящейся в прозрачной кювете (К). Конденсатор подсо- единен к батарее постоянного тока, ЭДС которой равна ℰ.

Жидкость втягивается между пластинами при подаче напряжения на кон- денсатор, т.к. электрическое поле на границе пластин является неоднородным (см. рис.2).








Рис.2. Диэлектрическая жидкость втягивается в область более сильного поля в неоднородном электрическом поле конденсатора

При анализе процесса мы пренебрегаем омическим сопротивлением элек- трической цепи. Поэтому сразу после включения источника тока напряжение U на конденсаторе будет равно ЭДС источника тока.

Интересует установившаясявысотаподъемажидкостиh (см. рис.2).

Выразим полную энергию всей системы как функцию h. В состоянии равновесия она должна принимать минимальное значение.

Емкость конденсатора при подъеме жидкости на высоту h определим как емкость двух параллельных конденсаторов:
,
где L – высота пластин,

– ширина пластин,

– расстояние между пластинами. Энергия, запасенная в конденсаторе, равна:

_.


Потенциальная энергия поднятой жидкости в поле силы тяжести равна (центр масс столба жидкости находится на высоте h/2):
_.


Энергию батареи источника тока можно представить как разность начального значения энергии батареи и работы источника:
.

Полная энергия системы:






Подставив выражение для емкости, получаем:






_.


Взяв производную от этого выражения по h и приравняв её нулю, нахо- дим выражение для установившейся высоты поднятия диэлектрической жидко- сти:



)



.

(



Как видно из этой формулы, зависимость носит линейный харак- тер, а в коэффициент пропорциональности входит значение диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика.

После измерений значения высоты поднятия жидкости в конденсаторе при различных значениях напряжения можно построить график этой зависимо- сти. Как следует из последней формулы, угловой коэффициент зависимости равен:
_.


Определив из графика значение k, можно вычислить значение диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика:
.


Задание к работе

1. 
   Активизируйте исполняемый файл VPL Dielectric.exe виртуальной лабо- раторной работы «Определение диэлектрической проницаемости жидко- го диэлектрика».
   
2. 
   Ознакомьтесь с возможностями интерфейса. При необходимости обрати- тесь к имеющейся в интерфейсе справке.
   
3. 
   Из предлагаемого списка сделайте выбор жидкого диэлектрика.
   
4. 
   Установите значения расстояния между пластинами конденсатора d=1 мм. Для четырех значений напряжения U (используйте весь возможный диапазон) определите высоту поднятия жидкости. Результаты внесите в заранее подготовленную таблицу.
   
5. 
   Повторите измерения с другим значением расстояния между пластинами. Результаты внесите в заранее подготовленную таблицу.
   
6. 
   По результатам измерений постройте графики зависимостей .
   
7. 
   Из графиков определите угловые коэффициенты k и найдите среднее зна- чение диэлектрической проницаемости выбранного жидкого диэлектрика.
   
8. 
   Сделайте выводы порезультатамнаблюденийипроизведенныхрас- четов.