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

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обработка результатов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
---
 
 
 
 
 
 
 

Контрольные вопросы

1. Перечислить типы поляризации диэлектриков. В чем состоит различие в поляризации диэлектриков с полярными и неполярными молекулами?
2. Дать определение поляризованности, и объяснить ее физический смысл. Указать связь между векторами .
3. 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?
4. 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.