Лабораторные работы по физике

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-23.

Изучениеосновных правилработы с

радиоизмерительнымиприборами.

Выполнилстудент

Группы99 – ЭТУ

НаумовАнтон Николаевич

Проверил:

Н. Новгород2000г.

Цельработы:знакомствос основнымихарактеристикамирадиоизмерительныхприборов, правиламиих подключенияк измеряемомуобъекту, методикойпроведенияизмерений иоценкой ихпогрешностей.

Задание№1: Измерениенапряжениясигнала генератора.

Приборы:генераторсигнала Г3,вольтметрыВ3 и В7.

Экспериментальнаячасть.

1). Установилина генераторечастоту выходногосигнала f= 5кГц, напряжениеU = 2В.

ИзмериливольтметромВ3 выходноенапряжениеU_x=2В.

Погрешностьизмерения.

U=U_xU=(20,4) B.

2). ИзмериливольтметромВ7 выходноенапряжениеU_x=2,01В.

Погрешностьизмерения.

U=U_xU=(2,010,01)B.

Задание№2: Анализформы и измерениепараметровсинусоидальногосигнала с помощьюосциллографа.

Приборы:генераторсигнала Г3,вольтметрыВ3 и В7, осциллографС1.

Экспериментальнаячасть.

1). Установилина генератореГ3 напряжениеU = 2В.

ИзмериливольтметромВ3 выходноенапряжениеU_x=2В;на вольтметреВ7: U_x=2В.

Получилина экранеосциллографаизображение:

АО=1,4 см, Х = 4см.

Измеримамплитудусигнала:

Показанияосциллографасовпадают споказаниямивольтметров.

2). Измерилипериод (Т) и частотусигнала (f):

Показанияосциллографасовпадают созначением нашкале генератора.

Задание№3:Измерениечастоты с помощьючастотомераи осциллографа.

Приборы:генераторсигнала Г3,вольтметрыВ3 и В7, осциллографС1, частотомерФ.

Экспериментальнаячасть.

1). Измериличастоту сигналачастотомером:

Погрешностьизмерения:

Показаниягенератора:f_x= 5кГц.

2). Рассчитаемчастоту сигналапо показаниямосциллографа:

Х = 2 см.

Показаниявсех приборовсовпадают.

Задание№4:Измерение фаздвух синусоидальныхсигналов спомощью осциллографа.

Приборы:генераторсигнала Г3,осциллографС1, схема RC.

Экспериментальнаячасть.

OA = 1,9см, ОВ = 1,7 см.

Т.к.

,а - разность фазсинусоидальных

сигналов,то

Задание№5:Анализ формыи измерениепараметровимпульсногосигнала с помощьюосциллографа.

Приборы:генераторсигнала Г5,осциллографС1.

Экспериментальнаячасть.

1).Установимдлительностьимпульсов = 500 мкс, частотуповторенийf_П=490Гц,амплитудуU_m=1,32B

2).Получилина экране следующееизображение:

Вычислимамплитудуимпульсов:

Полученныйрезультатсовпадает споказаниямивольтметрагенератора.

Измеримдлительностьимпульсов:

Измерим периоди частоту повторенийимпульсов:

Полученныерезультатыприблизительносовпадают споказаниямигенератора.

Вывод:на этойработе мыознакомилисьс основнымихарактеристикамирадиоизмерительныхприборов, правиламиих подключенияк измеряемомуобъекту, методикойпроведенияизмерений иоценкой ихпогрешностей.

4

НГТУ

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-24.

Экспериментальныеисследованияэлектростатическихполей с помощьюэлектролитическойванны

Выполнил студент

Группы99 – ЭТУ

Наумов АнтонНиколаевич

Проверил:

Н.Новгород 2000г.

Цельработы:изучениеметода моделированияэлектростатическихполей в электролитическойванне и исследованиеих характеристикв пространствемежду электродамиразличнойформы.

Теоретическаячасть.

Электростатическоеполе - поле,создаваемоепокоящимисяэлектрическимизарядами.

Характеристикамиэтого поляявляютсянапряженность

и потенциал,которые связанымежду собойследующимсоотношением: .

В декартовойсистеме координат:

,где единичныеорты.

Удобноймоделью электрическогополя являетсяего изображениев виде силовыхи эквипотенциальныхлиний.

Силоваялиния -линия, в любойточке которойнаправлениекасательнойсовпадает снаправлениемвектора напряженности

Эквипотенциальнаяповерхность- поверхностьравного потенциала.

На практикеэлектростатическиеполя в свободномпространствесоздаютсязаданием напроводниках- электродахэлектрическихпотенциалов.

Потенциалв пространствемежду проводникамиудовлетворяетуравнениюЛапласа:

.

В декартовойсистеме координатоператор Лапласа:

.

РешениеуравненияЛапласа с граничнымиусловиями напроводниках

единственнои дает полнуюинформациюо структуреполя.

Экспериментальнаячасть.

Схема экспериментальнойустановки.

Методикаэксперимента:

В экспериментеиспользуютсяследующиеприборы: генераторсигналов Г3(I), вольтметруниверсальныйB7 (2) c зондом (3),электролитическаяванна (4) с наборомэлектродовразличной формы(5).

Устанавливаемв ванну с дистилированнойводой электроды.Собираем схему,изображеннуюна РИС. 1. СтавимпереключательП в положение“U”. Подготавливаемк работе и включаемприборы. Подаемс генераторасигнал частотыf=5 кГц и напряжениемU=5 В, затем ставимпереключательП в положение“S”. Далее, помещаемв ванну электродыразличной формы( в зависимостиот задания ) изатем, водя пованне зондом,определяем4 - эквипотенциальныелинии: 1B, 2B, 3B, 4B. И такдалее для каждогозадания.

Задание№1. Исследованиеэлектростатическогополя плоскогоконденсатора.

Таблица1. Зависимостьпотенциалаот расстояния.

 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y
0	-11	0	1,38	-5	0	2,88	1	0	4,34	7	0
0,14	-10	0	1,62	-4	0	3,13	2	0	4,57	8	0
0,37	-9	0	1,88	-3	0	3,40	3	0	4,8	9	0
0,62	-8	0	2,14	-2	0	3,65	4	0	4,99	10	0
0,82	-7	0	2,37	-1	0	3,88	5	0	4,99	11	0
0,1	-6	0	2,64	0	0	4,10	6	0

Таблица2. Эквипотенциальныелинии.

 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y	 =(x),В	x	y
1	-5,7	9	2	-1,6	9	3	2,6	9	4	6,6	9
1	-5,8	6	2	-1,5	6	3	2,5	6	4	6,4	6
1	-5,7	3	2	-1,5	2	3	2,5	3	4	6,5	3
1	-5,7	0	2	-1,5	0	3	2,5	0	4	6,5	0
1	-5,7	-3	2	-1,5	-3	3	2,6	-3	4	6,5	-3
1	-5,7	-6	2	-1,5	-6	3	2,6	-6	4	6,5	-6
1	-5,8	-9	2	-1,5	-9	3	2,6	-9	4	6,5	-9

Обработкарезультатовизмерений.

1). Графикзависимости

.

2). Зависимость

.

при x

при

при x>x₂

3). Погрешностьизмерения Е:

.

Е = (Е Е)= (25 0,15)

4). Силовыеи эквипотенциальныелинии электростатическогополя плоскогоконденсатора

5). Задача№1.

6). Задача№2.

;

Задание№2.Исследованиеэлектростатическогополя цилиндрическогоконденсатора.

Радиусыцилиндров A=3,5 см, В=8,8см

Таблица3. Зависимость

r),В	r,см	r),В	r,см
0,06	0	2,84	6
0,05	1	3,65	7
0,05	2	4,32	8
0,05	3	4,85	9
0,82	4	4,86	10
1,96	5

Таблица4. Эквипотенциальныелинии.

(x,y)	x	y	(x,y)	x	y	(x,y)	x	y	(x,y)	x	y
1	4	0	2	4,9	0	3	6,2	0	4	7,4	0
1	3,5	2	2	4,6	2	3	5,5	3	4	6,9	3
1	2,6	3	2	3	4	3	3,6	5	4	4,5	6
1	0	3,9	2	0	5	3	0	6,2	4	0	7,6
1	-2,6	3	2	-3,1	4	3	-3,7	5	4	-7	3
1	-3,6	2	2	-4,7	2	3	-5,5	3	4	-4,7	6
1	-4,2	0	2	-5,1	0	3	-6,3	0	4	-7,6	0
1	-3,7	-2	2	-4,8	-2	3	-5,3	-3	4	-6,8	-3
1	-2,9	-3	2	-3,2	-4	3	-3,6	-5	4	-4	-6
1	0	-4	2	0	-5,1	3	0	-6,2	4	0	-7,5
1	2,8	-3	2	-3	-4	3	3,6	-5	4	4,1	-6
1	3,6	-2	2	-4,7	-2	3	5,5	-3	4	7	-3

1).График зависимостиr)

2). Графикзависимостиlnr)

3). ГрафикзависимостиE = E (r).

4).ГрафикзависимостиE = E (1/r).

5). Эквипотенциальныелинии.

6). Расчетлинейной плотностина электроде.

7). Задача №1.

L = 1м

8). Задача №2.

r₁= 5см, r₂= 8см, l = 0,1м

Задание№3. Исследованиеэлектростатическогополя вокругпроводников.

Таблица №5.

(x,y)	x	y	(x,y)	x	y	(x,y)	x	y	(x,y)	x	y
1	-3,6	8	2	0,8	8	3	5,9	9	4	7,2	3
1	-3,7	7	2	0,7	7	3	5,7	8	4	5,9	2
1	-3,7	6	2	0,5	6	3	5,2	7	4	5,4	1
1	-4	5	2	0,3	5	3	4,7	6	4	5,2	0
1	-4,7	4	2	0,2	4	3	4,4	5	4	5,4	-1
1	-5	3	2	0,1	3	3	4,1	4	4	6,2	-2
1	-5,2	2	2	0,6	-3	3	3,9	3	4	7,6	-3
1	-5,2	1	2	0,7	-4	3	3,8	2
1	-5	0	2	1	-5	3	4,1	-2
1	-4,9	-1	2	1,2	-6	3	4,4	-3
1	-4,7	-2	2	1,4	-7	3	4,8	-4
1	-4,4	-3	2	1,5	-8	3	5,5	-5
1	-4,2	-4	2	1,6	-9	3	6	-6
1	-4	-5				3	6,7	-7
1	-3,7	-6				3	7,3	-8
1	-3,6	-7				3	7,7	-9

1). Потенциална электродах:пластинкеи втулке постоянен,то есть ониявляютсяэквипотенциальнымиповерхностями.Внутри полостипотенциал такжепостоянен.

Таблица 6.

(x,y)	x	y
1,97	-3	0
1,95	3	0
1,96	2	-1
1,95	-3	-2
1,95	0	0
1,96	-1	0

2). Распределениепотенциалавдоль линии,охватывающейпластинку ирасположеннойна расстоянии

L = 3мм отеё края.

Таблица 7.

(x,y)	x	y
3,05	4	0
1,2	-4,2	0
1,92	0	-2,5
1,99	0	2
1,5	-3	2,1
1,31	-3	-3
2,23	2	-2
2,3	2	15

3).Эквипотенциальныелинии.

4). Определениесредней напряженностиполя в несколькихточках вдольсиловой линии.

.

а).

б).

в).

5).

, .

Таблица 8.

X, см	y, см	,Кл/м2	E, В/м	, Дж/м3
4	0	3,2410-9	366,6	5,9510-7
-4,2	0	2,2110-9	250	2,7710-7
0	-5	8,8510-11	10	4,4310-10
0	2	1,1810-10	13,3	7,8210-10
-3	2,7	1,3310-9	150	9,9610-8
-3	-3	1,910-9	213	2,0010-7
2	-2	8,2310-10	93	3,8010-8
2	1,5	1,0210-9	116	5,9510-8

Вывод. В ходеработы полученыкартины силовыхи эквипотенциальныхлиний плоскоми цилиндрическомконденсаторах,а также вокругпроводника,помещенногов электростатическоеполе. Установлено,что проводникии полости внутриних в электростатическомполе являютсяэквипотенциальнымиповерхностями.

В плоскомконденсатореполе сосредоточеномежду пластинами,оно являетсяоднородным,а потенциализменяетсялинейно.

Вцилиндрическомконденсатореполе такжесосредоточеномежду пластинами,его напряженностьобратно пропорциональнарасстояниюот оси конденсаторадо точки измерения.Потенциализменяетсялогарифмически.

Потоквектора напряженностиполя черезкоаксиальныес электродамицилиндрическиеповерхностипостоянен, чтосовпадает стеоретическимипредположениями(теорема Гаусса).

11

НГТУ

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-26.

Исследованиямагнитных полейв веществе.

Выполнилстудент

Группы99 – ЭТУ

НаумовАнтон Николаевич

Проверил:

Н.Новгород 2000г.

Цельработы:получениезависимостейиндукции магнитногополя, намагниченностии магнитнойпроницаемостиферромагнетикаот напряженностимагнитногополя; наблюдениепетли гистерезисадля различныхферромагнетиков;изучение магнитныхцепей.

Практическаяценность работы:экспериментальноизучаютсяважнейшиесвойстваферромагнетиковналичных марок:НМ 3000, НМ 600, ППГ(прямоугольнаяпетля гистерезиса).

Теоретическаячасть.

Опыт 1.Снятиеосновной кривойнамагничивания(ОКН) ферромагнетика.

Схемаэкспериментальнойустановки.

Cобралицепь по схеме,показаннойна РИС. 1. Для этоговольтметрыV1 и V2 подключилик клеммам A-B иС-D - на верхнейкрышке макетасоответственно.ПереключательК поставилив позицию 1. Приэтом исследовалитрансформатор,кольцевойсердечниккоторого выполнениз ферита маркиНМ 600, сопротивлениеR0=1 Ом. Таким образом,показаниявольтметровчисленно равны:V1 - эффективномузначению тока,текущего втекущей обмоткеисследуемоготрансформатора;V2 - эффективномузначению ЭДСво вторичнойобмотке. С помощьюдвижка потенциометраR установилиток равный 0,5А и плавно уменьшилиего до нуля. Сняли показаниявольтметровV1 и V2.

Данные длярасчетов:

Используемыеформулы:

Таблица №1. Результатырасчетов.

№	U1,В	2,В	Im,А	m,В	Hm,А/м	Вm102,Тл	Jm10-3,А/м	102
1	0,04	0,01	0,06	0,02	3,75	0,1	0,78	2,1
2	0,10	0,18	0,14	0,25	8,75	1,6	12,77	14,6
3	0,14	0,34	0,20	0,48	12,50	3,1	24,61	19,7
4	0,21	0,73	0,30	1,03	18,75	6,6	52,50	28,0
5	0,29	1,13	0,41	1,60	25,63	10,2	81,25	31,7
6	0,36	1,42	0,51	2,01	31,88	12,8	102,02	32,0
7	0,40	1,57	0,57	2,22	35,63	14,1	112,23	31,5
8	0,48	1,79	0,68	2,53	42,50	16,1	127,93	30,1
9	0,54	1,91	0,76	2,70	47,50	17,2	136,80	28,8
10	0,59	1,99	0,83	2,81	51,86	17,9	142,62	27,5
11	0,65	2,10	0,92	2,97	57,50	18,9	150,08	26,1
12	0,70	2,14	0,99	3,03	61,88	19,3	153,46	24,8
13	0,76	2,22	1,07	3,14	66,88	20,0	159,17	23,8
14	0,84	2,29	1,19	3,24	74,38	20,6	164,38	22,1
15	0,90	2,33	1,27	3,30	79,38	21,0	167,49	21,1
16	0,95	2,36	1,34	3,34	83,75	21,3	169,18	20,2
17	1,00	2,40	1,41	3,39	88,13	21,6	171,85	19,5

Опыт 2.Наблюдениепетли гистерезиса.

Для изготовленияпостоянногомагнита лучшеиспользоватьППГ, так какего коэрцитивнаясила больше,чем у НМ-3000, а поэтомуего сложнейразмагнитить.

Для изготовлениясердечникасиловоготрансформаторалучше взятьферромагнетикс меньшейкоэрцитивнойсилой, чтобыснизить затратына его перемагничивание.

Опыт 3.Исследованиесердечникас зазором.

Графики.

ГрафикзависимостиВ=В(Н) Графикзависимости=(Н)

ГрафикзависимостиJ=J(H)

Вывод:на этойработе мы получилизависимостииндукции магнитногополя, намагниченностии магнитнойпроницаемостиферромагнетикаот напряженностимагнитногополя; наблюдализа петлей гистерезисадля различныхферромагнетиков;изучили магнитныецепи.

4

НГТУ

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-27.

Исследованиеэлектрическихколебаний.

Выполнилстудент

Группы 99 –ЭТУ

Наумов АнтонНиколаевич

Проверил:

Н. Новгород2000г.

Цельработы:экспериментальноеисследованиесобственныхи вынужденныхколебаний токаи напряженияна элементахв колебательномконтуре; измерениепараметровконтура: индуктивностиL,сопротивленияR, добротностиQ; исследованиепрохождениясинусоидальноготока черезLCR-цепь.

Теоретическаячасть.

Рисунок 1.

Уравнение,которомуудовлетворяетток I вколебательномконтуре (рис.1)с подключеннымк нему генераторомсинусоидальнойЭДС =₀costимеетвид:

(1)

где:

-коэффициентзатухания.

-собственнаякруговая частота,R -сопротивлениерезистора, L- индуктивностькатушки, С - емкостьконденсатора, ;₀,- амплитуда икруговая частотасинусоидальнойЭДС.

Общее решениенеоднородноголинейногоуравнения (1):

(2)

где:

-круговая частотасобственныхзатухающихколебаний тока.

и -начальныеамплитуда ифаза собственныхколебаний.

I₀- амплитудавынужденныхколебаний тока.

 - разностьфаз между ЭДСи током.

(3)

(4)

-импеданс цепи.

-индуктивноесопротивление, -емкостноесопротивление.

Собственныеколебания:

Если ²₀²,то есть R

,то - действительнаяи собственнаячастота колебанийпредставляетсобой квазипериодическийпроцесс с круговойчастотой , ,периодом ,и затухающейамплитудой (рис1).

За характерноевремя

(- время релаксации)амплитуда токауменьшаетсяв ераз, то естьэти колебанияпрактическизатухают.

-добротностьконтура.

Если ²₀²,то - мнимая частота,и колебанияпредставляютсобой апериодическийпроцесс.

-критическоесопротивление.

Вынужденныеколебания:c течениемвремени первыйчлен в формуле(2) обращаетсяв ноль и остаетсятолько второй,описывающийвынужденныеколебания токав контуре.

-амплитудавынужденныхколебанийнапряженияна резистореR.

При совпадениичастоты ЭДСс собственнойчастотой контура(₀),амплитудыколебаний токаи напряженияU_R0на резисторемаксимальны.Большой селективныйотклик колебательнойсистемы напериодическоевнешнее воздействиеназываетсярезонансом.

Экспериментальнаячасть.

Результатыэксперимента:

№	f, кГц	ЭФ,мВ	URЭФ,мВ	a	b	10-4	
1	180	200	24	4,0	3,4	1,2	58
2	190	190	32	5,2	4,0	1,7	51
3	195	185	38	6,0	4,3	2,0	48
4	200	180	45	2,8	2,0	2,5	46
5	205	170	54	3,2	2,0	3,2	38
6	210	155	63	3,8	2,0	4,1	32
7	215	142	72	4,2	1,0	5,1	14
8	218	138	75	4,4	0,0	5,4	0
9	220	135	76	4,3	0,5	5,6	6
10	225	140	73	4,2	1,8	5,2	25
11	230	150	65	3,8	2,6	4,3	43
12	235	165	56	3,5	2,6	3,4	48
13	240	175	48	3,0	2,7	2,7	64
14	250	180	36	2,2	2,1	2,0	76
15	260	195	28	1,8	1,7	1,4	90
16	270	200	22	1,6	1,6	1,1	90
17	280	200	18	1,3	1,3	0,9	90
18	290	200	15	1,0	1,0	0,8	90
19	300	205	12	1,0	1,0	0,6	90

Задание1. Исследованиезависимостиамплитудывынужденныхколебаний отчастоты (резонанснаякривая).

Исходныеданные:U_вых=200мВ, _ЭФ=200мВ. f[180;300]кГц.

Расчетынеобходимыхвеличин:

1. f₀=220 кГц - частотарезонанса.

Строим графикзависимости

,где₁и ₂- значениячастот на уровне

Из экспериментальногографика

видно, что онпо своей формесовпадает сграфиком, полученнымтеоретическииз формулы:

Исследованиезависимостиразности фазмежду ЭДС итоком в контуре.

Из экспериментальногографика =F(f)получаем:f₀=218кГц.

Сравниваяполученныерезультатыс результатамииз предыдущегоопыта видно,что различиев величинах₀и L незначительны.

Можно сделатьвывод, что прирезонанснойчастоте X_LX_Cи величинаимпеданса цепиминимальна.

Рисунок 2.

Задание2.Исследованиесобственныхэлектрическихколебаний.

На данномрисунке представленаформа затухающихколебанийнапряженияU_Cна конденсаторе,полученнаяс помощьюосциллографа.Изображениесовпадает стеоретическимграфиком.

Из графика:Т=22,410^-6с- период колебаний.

=23,810^-6с- время релаксации.

Задание3. Исследованиепрохождениясинусоидальноготока через LCR- цепь

.

f,кГц	UВЫХЭФ,10-3В	U0ВЫХ,10-3В
150	41	56
160	33	46
170	27	38
180	22	31
190	14	19
200	9	13
205	6	8
210	3	4
215	1	2
218	0	0
220	0	0
225	1	2
230	2	3
235	4	6
240	5	7
250	9	13
260	13	18
270	17	24
280	22	31
290	25	35
300	30	42

Построимграфик U_0ВЫХ=F(f).Резонанснаячастота изграфика равна:f₀=220 кГц.

Приэтом импедансцепи являетсябесконечнобольшим и токв цепи не протекает.

R=50 Ом,f=2МГц.

Погрешностиизмерений.

Задание1.

1) Погрешностьf₀: f определялина частотомере

2) ПогрешностьL:

3) ПогрешностьQ:

4) ПогрешностьR:

_R=5% R=3,1Ом

5) ПогрешностьX_L:

6) ПогрешностьX_C:

7) Погрешность:

Вывод:на этойработе мыэкспериментальноисследовалисобственныеи вынужденныеколебания токаи напряженияна элементахв колебательномконтуре; измерилипараметрыконтура: индуктивностиL,сопротивленияR,добротностиQ;исследовалипрохождениесинусоидальноготока черезLCR-цепь.

8

НГТУ

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-28.

Экспериментальныеисследованияэлектромагнитнойиндукции.

Выполнилстудент

Группы99 – ЭТУ

Наумов АнтонНиколаевич

Проверил:

Н. Новгород2000г.

Цельработы:экспериментальноеисследованиезависимостиЭДС индукцииот ориентацииконтура в магнитномполе, измерениевзаимнойиндуктивностидвух индуктивносвязанныхкатушек, индуктивностиодной изних, исследованиезависимостиполя от временив RL-цепипри переходныхпроцессах.

Теоретическаячасть.

Схема экспериментальнойустановки.

Опыт1. Исследованиеэлектромагнитнойиндукции,взаимоиндукции,самоиндукции.

f=200 Гц,U=8 В- на генераторе,U_v1=8 В - эффективное.

(уголмежду катушками)=0.

Снимаемзначения с L₁и L₂:

U (L₁)=0,19В, U(L₂)=0,04В, на осциллографеполучаем:

Развертка2 мс/см.

U_m=

Гц.

Опыт2. ИсследованиезависимостиЭДС индукции(взаимоиндукции)от частоты(скорости) изменениямагнитногополя.

F[200,2000] Гц; f=200Гц; U_эффект=8В.

;

f,Гц	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000
2,B	0,04	0,10	0,15	0,20	0,27	0,32	0,37	0,43	0,49	0,54

₂₁(f=400Гц)=

;

Расчетпогрешности:

1. 

2. 

3. 
   

Опыт3. ИсследованиезависимостиЭДС индукцииот ориентацииконтура в магнитномполе.

f=2000 Гц;[0;180];= 15;

	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180
2(ЭФ),В	0,55	0,51	0,43	0,33	0,23	0,08	0	0,08	0,20	0,30	0,42	0,50	0,55
2(ТЕОР),В	0,49	0,47	0,42	0,35	0,24	0,12	0	-0,12	-0,24	-0,35	-0,42	-0,47	-0,49

Опыт4. ИсследованиезависимостиЭДС самоиндукцииот частотысинусоидальногосигнала.

f[500;2000] Гц;f=250Гц, R₁=16000Ом.

f,Гц	500	750	1000	1250	1500	1750	2000
1ЭФ,В	0,50	0,74	0,99	1,22	1,49	1,73	1,98
XL,Ом	707,34	1046,86	1400,53	1725,91	2107,87	2447,39	2801,06

Расчетпогрешностей:

Опыт5. Исследованиепереходныхпроцессов вLR -цепи.

_U=1мс, f=100Гц, U₀=3B.

Вывод:ЭкспериментальноисследовализависимостьЭДС индукцииот ориентацииконтура в магнитномполе, измериливзаимнуюиндуктивностьдвух индуктивносвязанныхкатушек и нашлииндуктивностьодной из них.Исследовализависимостьтока от временив LR-цепипри переходныхпроцессах.

4

НГТУ

Нижегородский ГосударственныйТехническийУниверситет.

Лабораторнаяработа по физике№2-30.

Экспериментальныеисследованиядиэлектрических

свойствматериалов.

Выполнилстудент

Группы 99 –ЭТУ

Наумов АнтонНиколаевич

Проверил:

Н. Новгород2000г.

Цельработы:определениедиэлектрическойпроницаемостии поляризационныххарактеристикразличныхдиэлектриков,изучениеэлектрическихсвойств полей,в них исследованиелинейностии дисперсиидиэлектрическихсвойств материалов.

Теоретическаячасть:

Схема экспериментальнойустановки.

В экспериментеиспользуютсяследующиеприборы: двавольтметраPV1 (стрелочный)и PV2 (цифровой),генераторсигналовнизкочастотный,макет-схема,на которойустановленрезистор R=120 Ом,конденсатор,состоящий изнабора пластинразличныхдиэлектриков(толщиной d=2мм).

Собираемсхему, изображеннуюна РИС. 1. СтавимпереключательSA в положение1. Подготавливаемк работе и включаемприборы. Подаемс генераторасигнал частотыf=60 кГц и напряжениемU=5 В, затем повольтметруPV1 установитьнапряжениеU1=5 В. Далее, вращаяподвижнуюпластину, измеряемнапряжениеU2 для конденсаторабез диэлектрикаи 4-x конденсаторовс диэлектрикамиодинаковойтолщины. Приэтом напряжениеU1 поддерживаемпостоянным.

Напряженностьполя междупластинамив вакууме Е₀вычисляетсяпо формуле:

где При внесениипластины в этополе диэлектрикполяризуетсяи на его поверхностипоявляютсясвязанныезаряды с поверхностнойплотностью .Эти зарядысоздают в диэлектрикеполе ,направленноепротив внешнегополя ,и имеет величину: .Результирующееполе: .В электрическомполе векторполяризации: ,где - диэлектрическаявосприимчивостьвещества. Связьмодуля вектораполяризациис плотностьюсвязанныхзарядов: . относительнаядиэлектрическаяпроницаемостьдиэлектрика.Вектор электрическойиндукции .Этот векторопределяетсятолько свободнымизарядами ивычисляетсякак .В рассматриваемойзадаче на поверхностидиэлектрикаих нет. ВекторD связанс вектором Еследующимсоотношением .

Экспериментальнаячасть:

В даннойработе используютсяформулы:

,где S -площадьпластиныконденсатора,d -расстояниемежду ними.Диэлектрическаяпроницаемостьматериала: .Для емкостиконденсатораимеем: ,где U₁- напряжениена RCцепи, U₂-напряжениена сопротивленииR, f - частотапеременногосигнала. В плоскомконденсаторенапряженностьсвязана с напряжениемU₁как:

Опыт№1. Измерениедиэлектрическойпроницаемостии характеристикполяризацииматериалов.

U₁=5В, R=120Ом,f=60 кГц,d=0,002м.

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

С_В =176пкФ;С_СТ=429 пкФ;

С_ФП=270пкФ;С_ГН=393пкФ;С_ОС=336пкФ;

; ;

; ;

Для гетинаксаподсчитаем:

;

; ;

; ;

; ;

;

Расчетпогрешностей:

;

;

;

;

;

(так как ).

;

Опыт №2. Исследованиезависимости= f(E).

R=120Ом,f=60 кГц,d=0,002м.

U1,В	U2,В (воздух)	U2,В (гетинакс)	С0,пкФ	С, пкФ	Е, В/м	
1	0,009	0,019	200	420	500	2,10
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) - приблизительнопрямая, так какдиэлектрическаяпроницаемостьне зависит отвнешнего поля.

Опыт №3. Исследованиезависимостидиэлектрическойпроницаемостисреды от частотывнешнего поля.

U₁=5В, R=120Ом.

f,кГц	U2,В (воздух)	U2,В (гетинакс)	ХС,кОм (гетинакс)	С0,пкФ	С, пкФ	
20	0,015	0,030	20,0	199	398	2,00
40	0,029	0,059	10,2	192	391	2,04
60	0,041	0,089	6,7	181	393	2,07
80	0,051	0,115	5,2	169	381	2,25
100	0,068	0,146	4,1	180	387	2,15
120	0,078	0,171	3,5	172	378	2,18
140	0,090	0,197	3,0	181	373	2,18
160	0,101	0,223	2,7	167	370	2,21
180	0,115	0,254	2,4	169	374	2,21
200	0,125	0,281	2,2	166	372	2,24

По графикузависимости= F(f) видно,что диэлектрическаяпроницаемостьсреды не зависитот частотывнешнего поля.График зависимостиХ_С=F(1/f)подтверждает,что емкостноесопротивлениезависит от 1/f прямо пропорционально.

Опыт №4. Исследованиезависимостиемкости конденсатораот угла перекрытия диэлектрикаверхней пластиной.

U₁=5В, R=120Ом,f=60 кГц,d=0,002м,r=0,06м,n=18.

,0	U2,В	С, пкФ	Стеор,пкФ
0	0,039	172	150
10	0,048	212	181
20	0,056	248	212
30	0,063	279	243
40	0,072	318	273
50	0,080	354	304
60	0,089	393	335

Опыт №5. Измерениетолщины диэлектрическойпрокладки.

U₁=5В, R=120Ом,f=60 кГц.

Схема конденсаторас частичнымзаполнениемдиэлектриком.

U₂(стеклотекстолиттонкий)=0,051В,

U₂(стеклотекстолиттолстый)=0,093В,

U₂(воздух)=0,039В.

С₀ =172пкФ -без диэлектрика;

С₁= 411пкФ - стеклотекстолиттолстый;

С₁ =225пкФ - стеклотекстолиттонкий.

; ; ; ;

; ; ;

Вывод: На этойработе мы определилидиэлектрическуюпроницаемостьи поляризационныехарактеристикиразличныхдиэлектриков,изучили электрическиесвойства полей,в них исследовалилинейностьи дисперсностьдиэлектрическихсвойств материалов.

6