Электромагнетизм

Министерство Образования Российской Федерации

Балтийский Государственный Технический Университет

им. Д. Ф. Устинова «ВОЕНМЕХ»









учебная дисциплина:

 ФИЗИКА

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ











Лабораторная работа №4

 «Определение диэлектрических проницаемостей жидкостей и поляризуемости неполярных молекул резонансным методом»







Выполнил:

Студентка группы 

                





Проверил:







Санкт-Петербург

 2009г. 

  Цель задания 1: Определение  диэлектрических проницаемостей жидкостей и поляризуемости неполярной молекулы резонансным методом.

     Цель задания 2: Расчет резонансных кривых для силы тока в колебательном контуре с использованием ЭВМ и исследования зависимости остроты резонансных кривых от добротности контура.





Описание установки

    

    





 Основной блок – колебательный контур, содержащий катушку индуктивности L, закрепленную в корпусе из оргстекла И один из измерительных конденсаторов C. Резистор R1 имеет вспомогательное значение и обеспечивает нужный режим работы генератора. Измерительные конденсаторы смонтированы на общей подели и представляют собой коаксиальные цилиндры. Пространство между обкладками цилиндрических конденсаторов заполняется исследуемым диэлектриком. В конденсаторе 1 диэлектриком является воздух, в конденсаторе 2 – керосин, в конденсаторе 3 – масло.

     Катушка индуктивности при помощи лапок крепится к клеммам измерительного конденсатора. В цепь колебательного контура подключается высокочастотный конденсатор Г синусоидального напряжения и ламповый вольтметр ЛВ, который служит для измерения напряжения на конденсаторе.  









Расчетные формулы

     1.Поляризуемость молекулы, где  - плотность диэлектрика,  - молярная масса диэлектрика,  - число Авогадро.

     2. Электроемкость колебательного контура, где L – индуктивность контура,  - резонансная частота. 

     3. Электроемкость цилиндрического конденсатора , где h – высота конденсатора, r2 и r1 внешний и внутренний радиусы обкладок конденсатора.

     4. Резонансная частота , L – индуктивность катушки, С – емкость конденсатора.

     5. Волновое сопротивление 

     6. Добротность контура , где R – сопротивление резистора.

     7.Амплитудное значение силы тока , где  амплитудное значение входного напряжения.













































Таблица необходимых измерений



Конденсатор 1

Конденсатор 2

Конденсатор 3

v, МГц

U    ,B

v, МГц

U    ,B

v, МГц

U    ,B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

























































Обработка результатов







































































































Контрольные вопросы

Перечислить типы поляризации диэлектриков. В чем состоит различие в поляризации диэлектриков с полярными и неполярными молекулами?

Дать определение поляризованности, и объяснить ее физический смысл. Указать связь между векторами .

Что называется электроемкостью конденсатора, и от чего она зависит? Рассказать об электроемкости цилиндрического конденсатора. В каком случае для вычисления электроемкости цилиндрического конденсатора можно пользоваться формулой для плоского конденсатора?

	В чем состоит явление резонанса? При каком условии наступает резонанс в цепи, состоящий из последовательно соединенных катушки индуктивности, конденсатора и сопротивления? Как зависит от параметров колебательного контура резонансная частота?    

		

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

Контрольные ответы



	1. Три типа поляризации: Ориентационная – В итоге совместного действия поля и теплового движения возникает преимущественная ориентация дипольных электрических моментов вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженности электрического поля и с уменьшением температуры. Электронная – под действием внешнего электрического поля у молекул диэлектриков этого типа возникают индуцированные дипольные моменты, направленные вдоль поля, т. е. по направлению вектора Е. Ионная – происходит в твердых диэлектриках, имеющих ионную кристаллическую решетку. Внешнее электрическое поле вызывает в таких диэлектриках смещение всех  + ионов в направлении напряженности поля, а всех  - ионов в противоположную сторону.

	Неполярный диэлектрик (с неполярными молекулами) – в отсутствии внешнего электрического поля «центры тяжести   в молекулах этого диэлектрика совпадают(l=0) и дипольные моменты молекул равны 0.  Полярный диэлектрик  (с полярными молекулами) – диэлектрик, молекулы которого имеют электроны, расположенные не симметрично относительно атомных ядер (Н2О, спирты).

	2. Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор Р, называемый паляризованностью (вектором поляризации) и равный отношению электрического дипольного момента малого объема диэлектрика к этому объему  , где р – электрический дипольный момент , n – общее число молекул.

	 

	D –вектор, электрическое смещение  

	P – вектор, поляризованность

	E – вектор, напряженность

	3. Электроемкость – скалярная величина С, равная абсолютному значению отношения электрического заряда одного проводника к разности электрических потенциалов двух проводников(проводники имеют одинаковые по модулю, но разные по знаку заряды).

	Электроемкость двух проводников зависит от их формы, размеров, взаимного расположения, а так же от диэлектрических свойств окружающей среды.

	

	

	

	

	

	

	Цилиндрический конденсатор – состоит из двух соосных тонкостенных металлических цилиндров высотой h, и радиусов  и , вставленных друг в друга.  если зазор между обкладками конденсатора

	

	 

	

	4. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды силы тока в колебательном контуре.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

	Амплитуда силы тока в контуре зависит от амплитуды входного напряжения, параметров контура L, C, R и циклической частоты . Резонансная частота для силы тока совпадает с собственной частотой колебаний в контуре.