Măsurarea permitivității dielectrice a materialelor solide

Departamentul de Fizică Generală și Tehnică

Lucrarea de laborator №7

Măsurarea permitivității dielectrice a materialelor solide

Fig. 1. Dispozitiv de măsurare: permitivitatea dielectrică a diferitelor materiale







Scopul lucrării. Determinarea capacității electrice a condensatorului. Identificați relația dintre constanta electrică și tensiunea, constanta electrică și distanța dintre plăcile condensatoarelor. Determinarea dependenței permitivității de tensiune.

legile fenomenelor de bază și cantitățile fizice studiate în ecuația Gauss stare câmp potențialitate, constanta dielectrică, condensator plat capacitate, taxe reale, cheltuieli de deplasare necompensate electrice, de polarizare dielectrică, constantă dielectrică.

Câmpul electrostatic al unui sistem de sarcini punctuale în vid (și cu o bună aproximare în aer) este descris de teorema Gauss (1) și de starea potențialului câmpului (2):

1. Fluxul vectorului intensității câmpului electric printr-o suprafață închisă arbitrară închisă, care este efectuată mental într-un câmp electric, este egală cu raportul dintre sarcina totală liberă Q a prizonierului din interiorul regiunii delimitată de această suprafață și constanta electrică:

2. Circulația vectorului de intensitate a câmpului electric peste un contur arbitrar închis închis ℓ. efectuat mental într-un câmp electric este egal cu zero:

unde este intensitatea câmpului electric.

Dacă încărcarea electrică este distribuită uniform pe un plan infinit, atunci câmpul său este uniform. Vectorul intensității câmpului în orice punct are o direcție perpendiculară pe plan.

Într-un plan de dimensiuni finite, câmpul va fi omogen doar pentru punctele situate la distanțe mici, în comparație cu dimensiunile planului, și îndepărtat de margini.

Câmpul a două planuri paralele având o încărcătură egală în mărime, dar opus în semn, este complet concentrat între planuri. În regiunea dintre planuri, câmpurile pliate au aceleași direcții, iar tensiunea rezultată este dublată. În afara volumului delimitat de planuri, câmpurile pliate au direcții opuse și tensiunea rezultată este zero.







Un sistem de două conductori (căptușeală), zona între care este umplut cu un dielectric de grosime mică, în comparație cu dimensiunile conductorilor, se numește condensator. Un condensator plat este alcătuit din două plăci metalice egale, situate la o distanță mică d una de cealaltă.

Dacă se aplică tensiunea Uc pe plăcile de condensatoare. apoi apare un câmp electric între plăcile sale (a se vedea figura 2), caracterizat de intensitatea:

Datorită câmpului electric, încărcările electrostatice ale semnelor opuse sunt atrase de suprafețele condensatorului. Deoarece sursele de tensiune nu generează sarcini, ci doar le separă, valorile absolute ale încărcărilor electrostatice opuse ar trebui să fie egale.

Liniile de forță ale câmpului electric sunt perpendiculare pe suprafața unui condensator plat. Datorită simetriei, care poate fi verificată experimental pentru distanțe mici d între plăcile de condensatoare, se poate obține din ecuația (1):

Fig. 2. Câmpul electric al unui condensator plat cu un mic, în comparație cu diametrul plăcii, distanța dintre plăci.

În figura 2, o linie punctată indică volumul care acoperă doar o placă a condensatorului, de-a lungul căreia se realizează integrarea. Deoarece suprafața din condensator poate fi deplasată fără a schimba fluxul, câmpul din condensator este uniform. Puterea câmpului electric în afara condensatorului este zero, deoarece pentru volumele arbitrare care cuprind ambele plăci de condensatoare, mărimea rezultantă a încărcăturii din interiorul lor este zero.

Încărcarea Q a condensatorului este astfel proporțională cu tensiunea; factorul de proporționalitate C se numește capacitatea condensatorului.

Capacitatea C a condensatorului este determinată numai de parametrii geometrici ai condensatorului: direct proporțional cu aria plăcii și invers proporțional cu distanța d între plăci:

Pentru o tensiune constantă, luând în considerare posibilitatea de a schimba distanța dintre plăci, capacitatea este o caracteristică a cantității de încărcare care poate acumula condensatorul. Dacă valorile U.Q. d și S sunt determinate, atunci aceste cantități fac posibilă calcularea constantei electrice:

Valoarea exactă a acestei valori este de 8,8542 × 10 -12 F / m. Ecuațiile (4), (5) și (6) sunt aproximativ valide doar presupunând că liniile de forță ale câmpului sunt paralele. Pe măsură ce distanța dintre plăcile condensatorului crește, capacitatea scade, ceea ce duce, la rândul său, la o valoare prea mare a constantei electrice, determinată din ecuația (6). Prin urmare, valoarea constantei electrice trebuie determinata pentru o distanta mica si constanta intre placi (vezi figura 2).







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: