WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


ЭЛЕКТРОСТАТИКА Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ 2010 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» ЭЛЕКТРОСТАТИКА Рабочая тетрадь по курсу общей физики для студентов 1 курса инженерных специальностей Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ 2010 УДК 537.2(076.5) ББК В331я73-5 Э455 Рецензент Доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Прикладная геометрия и компьютерная графика» ГОУ ВПО ТГТУ С.И. Лазарев Составители :

А.А. Егоров, С.П. Кудрявцев, И.А. Осипова, А.М. Подкауро Э455 Электростатика : рабочая тетрадь по курсу общей физики / сост. : А.А. Егоров, С.П. Кудрявцев, И.А. Осипова, А.М. Подкауро. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. – 24 с. – 100 экз.

Предложены методические указания по выполнению лабораторных работ, включающие порядок выполнения, таблицы для записи экспериментальных данных, методику расчёта абсолютной и относительной погрешностей прямых и косвенных измерений, необходимые расчётные формулы.

Предназначена для студентов инженерных специальностей.

УДК 537.2(076.5) ББК В331я73-5 © Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ), 2010 Учебное издание ЭЛЕКТРОСТАТИКА Рабочая тетрадь Составители:

ЕГОРОВ Андрей Анатольевич, КУДРЯВЦЕВ Сергей Павлович, ОСИПОВА Ирина Анатольевна, ПОДКАУРО Александр Михайлович Редактор Е.С. Мордасова Инженер по компьютерному макетированию Т.Ю. Зотова Подписано в печать 28.05.2010 Формат 60 84/16. 1,39 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 317 Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ 392000, Тамбов, ул. Советская, 106, к. 14 Лабораторная работа 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ Цель работы:

1) изучить электростатическое поле;

2) найти распределение его потенциала и напряжённости.

Описание установки. Схема измерительной установки представлена на рис. 1.

V ЭЗ З ЭR П игла Рис. К электродам Э1 и Э2 подводится переменное напряжение, которое исключает, во-первых, явление поляризации, нарушающее постоянство электропроводности электролита (воды) вследствие его разложения, а во-вторых, контактные ЭДС. Перемещение зондов (З) в электролитической ванне (ЭВ) и регистрация точек поля, обладающих одинаковым потенциалом, осуществляется с помощью пантографа (П). Чтобы не вносить дополнительных искажений, передвигать зонд нужно путём перемещения отметчика (игла).

Порядок выполнения работы 1. Ознакомьтесь с ходом выполнения работы и описанием установки по методическим указаниям.

2. Закрепите в ванне электроды (форма электродов выбирается по указанию преподавателей).

3. На стол пантографа положите лист чистой бумаги формата А4.

4. Не включая установку в электрическую цепь, на бумагу с помощью пантографа нанесите расположение электродов.

5. Подайте переменное напряжение (10 … 15 В) на электроды. Опустите в ванну зонд и, перемещая его вблизи одного из электродов, добейтесь разности потенциалов между электродами ванны и зондом определённой величины (например 2,В). Иглой пантографа отметьте на бумаге эту точку.

6. Перемещением зонда найдите ряд точек, соответствующих этому значению потенциала.

7. Передвинув этот зонд дальше от электродов, получите новую серию точек с другим значением потенциала. Повторяя операции п. 5 постройте 5–6 серий точек с разными потенциалами. Разность потенциалов поля между соседними сериями точек должна оставаться одной и той же.

8. Замените один или два электрода (по указанию преподавателя) и аналогичным образом исследуйте электростатическое поле, построив новые серии точек одинакового потенциала.

9. Выньте лист бумаги из пантографа и перенесите изображения точек на двухмиллиметровую страницу рабочей тетради.

10. Соедините серии точек, построив карандашом эквипотенциальные линии.

(2 - 1) 11. По формуле Е = – grad = - = -, где (2 - 1) – приращение потенциала между соседними эквипотенциl (l2 - l1) альными линиями, а (l2 - l1) – кратчайшее расстояние между этими линиями, рассчитайте среднее значение напряжённости для всех линий электростатического поля.

Изображение электростатического поля Расчёт напряжённостей E1 = - = l E2 = - = l E3 = - = l E4 = - = l E1 + E2 + E3 + EЕ = = а) рассчитайте абсолютные погрешности отдельных измерений:

1 = - 1 = 3 = - 3 = 2 = - 2 = 4 = - 4 = б) рассчитайте абсолютную погрешность измерений E:

E1 + E2 + E3 + EЕ = = в) запишите окончательный результат в виде:

= ± =.................... ±.....................

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА МЕТОДОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА Цель работы:

1) ознакомиться с принципом работы баллистического гальванометра;

2) определить ёмкость конденсаторов методом баллистического гальванометра.

В данной работе электроёмкость конденсатора определяется по формуле:

nСX = С0, (1) nгде С0 – известная ёмкость эталонного конденсатора; n1 – число делений на шкале с эталонным конденсатором; n2 – число делений на шкале с неизвестным конденсатором.

Порядок выполнения работы 1. Ознакомьтесь с ходом выполнения работы и описанием установки по методическим указаниям.



2. Ключом подсоедините установку к источнику питания, установив напряжение примерно 1 В.

3. Подсоедините конденсатор ёмкости С0 и разрядите его на баллистический гальванометр, перебросив ключ K2 вправо, зафиксируйте отклонение светового «зайчика» на баллистическом гальванометре. Результаты измерений занесите в табл. 1.

Таблица n1i (дел) n1i n№ п/п n1i S Е% n1 = = n1i Расчёт абсолютной и относительной погрешности измерений известного конденсатора (табл. 1) а) рассчитайте среднюю величину отклонений зайчика n1 :

ni n1 = = б) рассчитайте абсолютные погрешности отдельных измерений:

n11 = n1 - n11 = n12 = n1 - n12 = n13 = n1 - n13 = n14 = n1 - n14 = n15 = n1 - n15 = в) рассчитайте квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений:

n11 = n12 = n13 = n14 = n15 = г) рассчитайте среднюю квадратичную погрешность S:

n1i S = = n(n -1) где n – число измерений;

д) рассчитайте абсолютную погрешность n1 по методу Стьюдента.

Абсолютная погрешность определяется произведением средней квадратичной погрешности S на коэффициент Стьюдента tn, w. Для пяти измерений с надёжностью W = 0,95 коэффициент Стьюдента tn,w = 2,8.

n1 = tn,wS = 2,8 S = е) рассчитайте относительную погрешность E:

nE = 100% = n4. Отсоедините конденсатор С0 и вместо него подсоедините конденсатор Сх1 с неизвестной ёмкостью. Повторите операции п. 2 и 3 и значения n2 занесите в табл. 2.

Таблица n2i (дел) n2i n№ п/п n2i Sр Е% n2 = = n2i Расчёт абсолютной и относительной погрешностей измерений и определение величины электроёмкости первого неизвестного конденсатора (табл. 2) а) рассчитайте среднюю величину отклонения зайчика n2 :

n2i n2 = = б) рассчитайте абсолютные погрешности отдельных измерений:

n21 = n2 - n21 = n22 = n2 - n22 = n23 = n2 - n23 = n24 = n2 - n24 = n25 = n2 - n25 = в) рассчитайте квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений:

n21 = n22 = n23 = n24 = n25 = г) рассчитайте среднюю квадратичную погрешность S:

n2i S = = n(n -1) д) рассчитайте абсолютную погрешность n2 :

n2 = tn,wS = 2,8S = е) по формуле (1) рассчитайте среднее значение ёмкости Сx1:

nCx1 = C0 = nж) рассчитайте относительную ошибку Е косвенного измерения электроёмкости неизвестного конденсатора Сx1 и занесите в табл. 2:

Сx1 С0 n2 nЕ = = + + = Cx1 С0 n2 nгде С0 = 0,05 мкФ;

з) абсолютную погрешность Сx1 рассчитайте по формуле:

Cx1 = E Cx1 = и) окончательный результат запишете в виде:

Cx1 = Cx1 ± Cx1 =..................... ±......................

5. Отсоедините конденсатор Сx1 и вместо него подсоедините конденсатор Сx2 с неизвестной электроёмкостью. Повторите операции п. 2, 3 и значения n3 занесите в табл. 3.

Таблица n3i (дел) n3i n№ п/п n3i S Е% n3 = = n3i Расчёт абсолютной и относительной погрешностей измерений и определение величины электроёмкости второго неизвестного конденсатора (табл. 3) Аналогично расчёту для ёмкости конденсатора Сx1 проведите все расчёты пунктов от а) до е) для конденсатора Сx2 и заполните табл. 3.

ж) по формуле (1) рассчитайте среднее значение ёмкости Сx2 :

nCx2 = C0 = nз) рассчитайте относительную ошибку Е косвенного измерения электроёмкости неизвестного конденсатора Сx2 и занесите в табл. 3:

Сx2 С0 n3 nЕ = = + + = Cx2 С0 n3 nгде С0 = 0,05 мкФ;

и) абсолютную погрешность Сx2 рассчитайте по формуле:

Cx2 = E Cx2 = к) окончательный результат запишете в виде:

Cx2 = Cx2 ± Cx2 =.....................±..............................

6. Соедините последовательно конденсаторы Сx1 и Сx2. Повторите операции п. 2, 3 и значения n4 занесите в табл. 4.

Таблица n4i (дел) n4i n№ п/п n4i Sр Е% n4 = = n4i Расчёт абсолютной и относительной погрешностей измерений и определение величины электроёмкости при последовательном соединении конденсаторов (табл. 4) Аналогично расчёту для ёмкости конденсатора Сx1 проведите все расчёты от пунктов а) до е) для последовательного соединения конденсаторов Сx1 и Сx2 и заполните табл. 4.

л) по формуле (1) рассчитайте среднее значение ёмкости Сx3:

nCx3 = C0 = nм) рассчитайте относительную погрешность Е косвенного измерения эквивалентной электроёмкости последовательного соединения конденсаторов Сx1 и Сx2 и занесите в табл. 4:

Сx3 С0 n4 nЕ = = + + = Cx3 С0 n4 nгде С0 = 0,05 мкФ;

н) абсолютную погрешность Сx3 рассчитайте по формуле:

Cx3 = E Cx3 = о) окончательный результат запишете в виде:

Cx3 = Cx3 ± Cx3 =..................... ±..............................

7. Соедините конденсаторы Сx1 и Сx2 параллельно. Повторите операции пунктов 2, 3 и значения n5 занесите в табл. 5.

Таблица n4i (дел) n4i n№ п/п n4i Sр Е% n4 = = n4i Расчёт абсолютной и относительной погрешности измерений и определение величины электроёмкости при параллельном соединении конденсаторов (табл. 5) Аналогично расчёту для ёмкости конденсатора Сx1 проведите все расчёты от пунктов а) до е) для параллельного соединения конденсаторов Сx1 и Сx2 и заполните табл. 5.

п) по формуле (1) рассчитайте среднее значение ёмкости Сx4:

nCx4 = C0 = nр) рассчитайте относительную погрешность Е косвенного измерения эквивалентной электроёмкости параллельного соединения конденсаторов Сx1 и Сx2 и занесите в табл. 5:





Сx4 С0 n5 nЕ = = + + = Cx4 С0 n5 nгде С0 = 0,05 мкФ;

с) абсолютную ошибку Сx4 рассчитайте по формуле:

Cx4 = E Cx4 = т) окончательный результат запишете в виде:

Cx4 = Cx4 ± Cx4 =..................... ±..............................

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЁРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА С ПОМОЩЬЮ «ВЕСОВ НАПРЯЖЕНИЯ» Цель работы: научиться определять диэлектрическую проницаемость твердых диэлектриков и разности потенциалов между обкладками конденсатора с помощью «весов напряжения».

Порядок выполнения работы 1. Ознакомьтесь с описанием прибора и методическими указаниями к данной работе.

2. Вставьте при ВЫКЛЮЧЕННОМ источнике высокого напряжения стеклянную пластинку в пространство между обкладками конденсатора.

3. Опустить верхнюю подвижную пластину конденсатора на стеклянную поверхность вращением левой рукоятки торсионных весов на себя.

4. Измерьте вес верхней обкладки плавным вращением левой рукоятки от себя до момента отрыва её от пластинки.

5. Определите вес обкладки по шкале торсионных весов (опыт повторите пять раз).

6. Включите тумблер ВЫСОКОГО напряжения.

7. Проделайте пункты 4 и 5 с ВЫСОКИМ напряжением пять раз.

8. Выключите тумблер ВЫСОКОГО напряжения и выньте стеклянную пластину из установки.

9. Вставьте текстолитовую пластинку и проделайте пункты 4, 6, 7.

10. Повторить аналогичные пунктам 4, 6, 7 действия с пластиной из органического стекла.

11. Измерьте диаметры используемых диэлектриков.

Расчёт абсолютной и относительной погрешностей измерений и определение разности потенциалов между обкладками конденсатора с известным диэлектриком (табл. 1) Таблица Опытные данные Расчётные данные F1 = F1iобщ – P0 F1iобщ F1i F12 S Fi № – P 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H P0 = F1 = = F1i P1 + P2 + P3 + P4 + PP0 = = F11 + F12 + F13 + F14 + FF1 = = а) рассчитайте абсолютные погрешности отдельного измерения:

F11 = F1 - F11 = F12 = F1 - F12 = F13 = F1 - F13 = F14 = F1 - F14 = F15 = F1 - F15 = б) рассчитайте квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений:

F11 = F12 = F13 = F14 = F15 = в) рассчитайте среднюю квадратичную погрешность S:

F1i S = n(n -1) где n – число измерений;

г) рассчитайте абсолютную ошибку F1 по формуле:

F1 = 2,8S = д) рассчитайте разность потенциалов между обкладками конденсатора по формуле:

d1 FU = 1,6 = D е) рассчитайте относительную ошибку Е по формуле:

U d1 D F1 0 E = = + + + + = U d1 D 2F1 20 Указания:

1. ошибки d1, D = 0,05 мм (ошибки прибора);

Ф Ф 2. 0 = 8,85 10-12, 0 = 0,00510-12 ;

м м 3. = 7,0; 1 = 0,05.

ж) рассчитайте абсолютную ошибку U по формуле:

U = EU = з) запишите окончательный результат в виде:

U = U ± U =..................... ±............................. (В).

Расчёт абсолютной и относительной погрешности измерений и определение относительной диэлектрической проницаемости текстолита (табл. 2) Таблица Опытные данные Расчётные данные F2i = F2i общ – F2i общ F2i F2i S F№ – P0 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H F2 = = F2i F21 + F22 + F23 + F24 + FF2 = = а) рассчитайте абсолютные погрешности отдельного измерения:

F21 = F2 - F21 = F22 = F2 - F22 = F23 = F2 - F23 = F24 = F2 - F24 = F25 = F2 - F25 = б) рассчитайте квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений:

F21 = F22 = F23 = F24 = F25 = в) рассчитайте среднюю квадратичную погрешность S:

F2i S = = n(n -1) где n – число измерений;

г) рассчитайте абсолютную ошибку F1 по формуле:

F1 = 2,8S = д) рассчитайте относительную диэлектрическую проницаемость текстолитовой пластинки по формуле:

1d2 F2 = = d1 Fе) рассчитайте относительную ошибку по формуле:

2 1 2d2 F2 2d1 FE = = + + + + = 2 1 d2 F2 d1 Fж) рассчитайте абсолютную ошибку 2 по формуле:

2 = E2 = з) запишите окончательный результат в виде:

2 = 2 ± 2 =..................... ±..............................

Расчёт абсолютной и относительной погрешностей измерений и определение относительной диэлектрической проницаемости органического стекла (табл. 3) Таблица Опытные данные Расчётные данные F3i = F3i общ – F3i общ F3i F3i S F№ – P 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H 10–5 H F3 = = F3i F31 + F32 + F33 + F34 + FF3 = = а) рассчитайте абсолютные погрешности отдельного измерения:

F31 = F3 - F31 = F32 = F3 - F32 = F33 = F3 - F33 = F34 = F3 - F34 = F35 = F3 - F35 = б) рассчитайте квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений:

F31 = F32 = F33 = F34 = F35 = в) рассчитайте среднюю квадратичную погрешность S:

F3i S = = n(n -1) где n – число измерений;

г) рассчитайте абсолютную ошибку F1 по формуле:

F3 = 2,8S = д) рассчитайте относительную диэлектрическую проницаемость пластинки из оргстекла:

1d3 F3 = = d1 Fе) рассчитайте относительную ошибку по формуле:

3 1 2d3 F3 2d1 FE = = + + + + = 3 1 d3 F3 d1 Fж) рассчитайте абсолютную ошибку по формуле:

3 = E3 = з) запишите окончательный результат в виде:

3 = 3 ± 3 =..................... ±..............................











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.