Реферат: Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов.

Нижегородский  Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-30.

Экспериментальные исследованиядиэлектрических

свойств материалов.

Выполнил студент

Группы 99 – ЭТУ

Наумов Антон Николаевич

Проверил:

Н. Новгород 2000г.

Цель работы: определение диэлектрической проницаемости иполяризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрическихсвойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрическихсвойств материалов.

 

Теоретическаячасть:

 

Схема экспериментальной установки.

/>

Вэксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) иPV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которойустановлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластинразличных диэлектриков (толщиной       d=2 мм).

Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставимпереключатель SA в положение 1. Подготавливаем к работе и включаем приборы.Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем повольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину,измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов сдиэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.

Напряженность поля между пластинами ввакууме Е0вычисляется по формуле: /> где /> При внесении пластины в этополе диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды споверхностной плотностью />. Этизаряды создают в диэлектрике поле />,направленное против внешнего поля />, и имеетвеличину: />. Результирующее поле: />. В электрическом полевектор поляризации:/>, где c — диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектораполяризации с плотностью связанных зарядов: />./>относительнаядиэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции />. Этот вектор определяетсятолько свободными зарядами и вычисляется как />.В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет. Вектор Dсвязан с вектором Е следующим соотношением  />.

 

Экспериментальная часть:

В данной работе используются формулы: />, где S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между ними. Диэлектрическая проницаемость материала: />. Для емкости конденсатораимеем: />, где U1 — напряжениена RC цепи, U2 — напряжениена сопротивлении R, f — частота переменного сигнала. В плоском конденсаторенапряженность связана с напряжением U1 как: />/> 

Опыт №1.Измерениедиэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов.

U1=5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м.

Материал

U2, мВ

Воздух 40 Стеклотекстолит 97 Фторопласт 61 Гетинакс 89 Оргстекло 76

  />      СВ=176 пкФ;             ССТ =429 пкФ;

                                    СФП=270пкФ;            СГН=393 пкФ;                        СОС=336пкФ;

/>                       />;                />;

                                    />;                 />;

Для гетинакса подсчитаем: 

/>;

/>;                            />;

/>;                        />;

/>;              />;

/>;

Расчет погрешностей:

/>;             />;             />;

/>;

 

/>;

/>

/> (так как />).

/>;                  />

                                    />

 

Опыт № 2. Исследование зависимости e= 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

e

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 e = f(E) — приблизительно прямая, так как диэлектрическая проницаемость не зависит отвнешнего поля.

Опыт № 3.Исследованиезависимости диэлектрической проницаемости среды от частоты внешнего поля.

U1= 5В, R=120Ом.

/>              />              />

f, кГц

U2, В

(воздух)

U2, В

(гетинакс)

ХС, кОм

(гетинакс)

 

С0, пкФ

С, пкФ

e

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 графику зависимости e = F(f)видно, что диэлектрическая проницаемость среды не зависит от частоты внешнегополя. График зависимости ХС=F(1/f)подтверждает, что емкостное сопротивление зависит от 1/f  прямопропорционально.

Опыт № 4. Исследование зависимости емкости конденсатора от углаперекрытия                диэлектрика верхней пластиной.

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

/>

/>

 />

   

a,0

U2, В

С, пкФ

Стеор, пкФ

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. Измерение толщины диэлектрической прокладки.

U1= 5В, R=120Ом, f=60 кГц.

Схема конденсатора с частичным заполнениемдиэлектриком.

U2(стеклотекстолит тонкий)=0,051В,

U2(стеклотекстолит толстый)=0,093В,

U2(воздух)=0,039В.

/>

С0 =172пкФ  — без диэлектрика;

С1 = 411пкФ — стеклотекстолит толстый;

С1 = 225пкФ — стеклотекстолит тонкий.

/>;               />            ;           />;           />;

/>;         />;              />;

                                                />

Вывод:  На этойработе мы определили диэлектрическую проницаемость и поляризационныехарактеристики различных диэлектриков, изучили электрические свойства полей, вних исследовали линейность и дисперсность диэлектрических свойств материалов.