Исследование электрического поля плоского конденсатора

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский  государственный горный  институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

 

 

 

 

Отчёт по лабораторной работе № 1.

 

 

По дисциплине:                           Общая и техническая физика 

                                   (наименование учебной дисциплины  согласно учебному плану)

 

 

Тема:         Исследование электрического поля плоского конденсатора

 

 

 

  

 

 

Преподаватель:                                    ____________           /Черняев А.В./

                                                                                                     (подпись)                                         (Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011 год.

 

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

 

Схема установки

Установка (рис. 1) состоит из источника питания (1); измерителя напряжения (2); измерителя электрического поля (3); плоского конденсатора с раздвижными пластинами (4), установленными на профильной скамье (5); соединительных проводов. Измеритель напряженности электрического поля прикреплен к правой пластине конденсатора и соединен с мультиметром (6). Параллельно к пластинам присоединен мультиметр, измеряющий напряжение на пластинах, подаваемое от источника питания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

Краткое теоретическое содержание.

1. Явление, изучаемое в работе.

Электрический ток.

2. Процессы, явления, физические величины, изучаемые в работе.

 

Напряженность электрического поля равна отношению силы F, действующей со стороны поля на неподвижный точечный пробный электрический заряд, помещенный в  рассматриваемую точку поля, к этому заряду q :

 

E=F/q

F – сила, q - пробный электрический заряд.

Потенциалом электростатического поля называется физическая величина, равная отношению потенциальной энергии пробного точечного заряда, помещенного в рассматриваемую точку поля, к этому заряду q:

-потенциальная энергия, q- пробный точечный заряд, - Потенциал электростатического поля.

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

      (1)

.

В однородном электрическом поле соотношение (1) может быть представлено

,   (2)

- расстояние, U-напряжение между точками поля, - проекция на ось x.

Закон Кулона:

Сила электростатического взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль соединяющей их прямой:

F-сила, действующая на заряд q со стороны заряда q , r- радиус-вектор, соединяющий заряд q зарядом q .

 

Основные расчётные формулы:

1)

Где d- расстоянии между пластинами плоского конденсатора для электрического поля,

U –  напряжение, подводимое на пластины конденсатора.

2)

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

3)

4)

 

Формулы  погрешностей косвенных измерений:

 

1. Относительная погрешность косвенных измерений напряженности электрического поля

 

2. Относительная погрешность косвенных измерений электороемкости электрического поля

 

 

Таблицы с результатами измерений и вычислений.

Таблица 1. Измерение напряженности электрического поля при разных расстояниях между пластинами.

 

№	d	Eэксп	U	Eтеор	Сэксп	Стеор
	м	В/м	В	В/м	пФ	пФ
1	0,12	1720	200	1666	5,9	5,7
2	0,10	2080		2000	7,2	6,9
3	0,08	2620		2500	9,0	8,6
4	0,06	3750		3333	13,0	11,5
5	0,04	5970		5000	20,7	17,3

 

                                                                                                            

Таблица 2. Измерение напряженности электрического поля при постоянном расстоянии между пластинами.

 

№	d	U	Eэксп	Eтеор
	м	В	В/м	В/м
1	0,1	50	460	500
2		75	670	750
3		100	890	1000
4		125	1110	1250
1	0,05	50	960	1000
2		75	1440	1500
3		100	1520	2000
4		125	2400	2500

                                        

 

 

Примеры расчётов:

 

 

 

 

 

                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет погрешностей:

 

 

Сравнительная оценка с теоретическим значением:

1)

2)

3)

4)

5)

 

 

 

 

Ответ:

Измерена напряжённость электрического поля плоского конденсатора при разных расстояниях между пластинами

и при разных напряжениях . Вычислена электроёмкость плоского конденсатора , проведена оценка с теоретическими значениями. Вычисленные экспериментальные значения  можно сравнить с теоретическими значениями, данные значения отличаются не более чем на 19,6 %.

Вывод.

В ходе лабораторной работы  было определено: 1)напряжённость электрического поля между пластинами конденсатора тем меньше, чем больше расстояние между пластинами.

2)с уменьшением расстояния между  пластинами конденсатора его  электроёмкость увеличивается.

3)При заданном расстоянии между  пластинами конденсатора магнитное поле тем больше, чем больше напряжение подаваемое на его пластины.