Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-30.

Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов.

Выполнил студент

Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:

Н. Новгород 2000г.
Цель работы: определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических свойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрических свойств материалов.

Теоретическая часть:

Схема экспериментальной установки.
[pic]
В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1
(стрелочный) и PV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет- схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной d=2 мм).
Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель SA в положение
1. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем по вольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину, измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов с диэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.

Напряженность поля между пластинами в вакууме Е0 вычисляется по формуле: [pic] где [pic] При внесении пластины в это поле диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью [pic]. Эти заряды создают в диэлектрике поле
[pic], направленное против внешнего поля [pic], и имеет величину: [pic].
Результирующее поле: [pic]. В электрическом поле вектор поляризации:[pic], где ( - диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектора поляризации с плотностью связанных зарядов: [pic]. [pic]относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции
[pic]. Этот вектор определяется только свободными зарядами и вычисляется как [pic]. В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет.
Вектор D связан с вектором Е следующим соотношением [pic].

Экспериментальная часть:
В данной работе используются формулы: [pic], где S - площадь пластины конденсатора, d - расстояние между ними. Диэлектрическая проницаемость материала: [pic]. Для емкости конденсатора имеем: [pic], где U1 - напряжение на RC цепи, U2 - напряжение на сопротивлении R, f - частота переменного сигнала. В плоском конденсаторе напряженность связана с напряжением U1 как: [pic][pic]

Опыт №1. Измерение диэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов.
U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.

|Материал |U2, мВ |
|Воздух |40 |
|Стеклотекстолит |97 |
|Фторопласт |61 |
|Гетинакс |89 |
|Оргстекло |76 |

[pic] СВ =176 пкФ; ССТ =429 пкФ;

СФП=270 пкФ; СГН=393 пкФ; СОС=336 пкФ;

[pic] [pic]; [pic];

[pic]; [pic];

Для гетинакса подсчитаем:
[pic];
[pic]; [pic];
[pic]; [pic];
[pic]; [pic];
[pic];

Расчет погрешностей:
[pic]; [pic]; [pic];
[pic];

[pic];

[pic]
[pic] (так как [pic]).
[pic]; [pic]

[pic]

Опыт № 2. Исследование зависимости ( = f(E).
R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.

[pic] [pic] [pic]

|2 |0,016 |0,036 |177 |398 |1000 |2,24 |
|3 |0,025 |0,052 |184 |387 |1500 |2,09 |
|4 |0,031 |0,070 |171 |384 |2000 |2,26 |
|5 |0,039 |0,086 |172 |380 |2500 |2,21 |

График зависимости ( = f(E) - приблизительно прямая, так как диэлектрическая проницаемость не зависит от внешнего поля.