Скачать

Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов

Цель работы: определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических свойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрических свойств материалов

Теоретическая часть:

Схема экспериментальной установки

В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) и PV2 (цифровой) , генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной d=2 мм)

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

Напряженность поля между пластинами в вакууме Е 0 вычисляется по формуле: где При внесении пластины в это поле диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью . Эти заряды создают в диэлектрике поле , направленное против внешнего поля , и имеет величину: . Результирующее поле: . В электрическом поле вектор поляризации: , где c - диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектора поляризации с плотностью связанных зарядов: . относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции . Этот вектор определяется только свободными зарядами и вычисляется как . В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет. Вектор D связан 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 конденсатора имеем: , где U 1 - напряжение на RC цепи, U 2 - напряжение на сопротивлении R, f - частота переменного сигнала. В плоском конденсаторе напряженность связана с напряжением U 1 как:

Опыт №1. Измерение диэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов

U 1 = 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м

С В =176 пкФ; С СТ =429 пкФ; С ФП =270 пкФ; С ГН =393 пкФ; С ОС =336 пкФ; ; ; ; ;

Для гетинакса подсчитаем:

; ; ; ; ; ; ; ;

Расчет погрешностей:

; ; ;

;

;

(так как )

; Опыт № 2. Исследование зависимости e = f(E)

R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м

График зависимости e = f(E) - приблизительно прямая, так как диэлектрическая проницаемость не зависит от внешнего поля

Опыт № 3. Исследование зависимости диэлектрической проницаемости среды от частоты внешнего поля

U 1 = 5В, R=120Ом

По графику зависимости e = F(f) видно, что диэлектрическая проницаемость среды не зависит от частоты внешнего поля. График зависимости Х С =F(1/f) подтверждает, что емкостное сопротивление зависит от 1/f прямо пропорционально

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

U 1 = 5В, R=120Ом, f=60 кГц, d=0,002м, r=0,06м, n=18

Опыт № 5. Измерение толщины диэлектрической прокладки

U 1 = 5В, R=120Ом, f=60 кГц

Схема конденсатора с частичным заполнением диэлектриком

U 2 (стеклотекстолит тонкий) =0,051В, U 2 (стеклотекстолит толстый) =0,093В, U 2 (воздух) =0,039В

С 0 =172пкФ - без диэлектрика; С 1 = 411пкФ - стеклотекстолит толстый; С 1 = 225пкФ - стеклотекстолит тонкий

; ; ; ;

; ; ;

Вывод: На этой работе мы определили диэлектрическую проницаемость и поляризационные характеристики различных диэлектриков, изучили электрические свойства полей, в них исследовали линейность и дисперсность диэлектрических свойств материалов.