МУ-Э-101 (1003823), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

1В =являетсяскалярнаяэнергетическойвеличина.характеристикойПотенциалможетДж. Потенциал1 Клэлектростатическогоприниматьполя.положительныеЭтоилиотрицательные значения. Размерность электрического потенциала – L2 MT –3 I –1 .Взаимосвязь напряженности и электрического потенциала следующая:E   grad .(10)6Работа А 12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1)в конечную точку (2),равна произведению величины заряда на разностьпотенциалов начальной и конечной точек:A12  W p 1  W p 2  q  1  q  2  q (1   2 )(11)Потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которуюсовершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда изданной точки в бесконечность: Aq(12)Потенциал электрического поля, по аналогии с напряженностью, может бытьопределен и со стороны точечного заряда, создающего электрическое поле в точке,удаленной на заданное расстояние от этого заряда.

В этом случае потенциалопределяется следующим образом: q4   0rЭта формула справедлива при условии, что при(13)r потенциал стремится кнулю.Графически электрическое поле можно изображать не только с помощьюлиний напряженности, но и с помощью эквипотенциальных поверхностей.Поверхность, во всех точках которой потенциал электростатического поляимеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью илиповерхностью равного потенциала.

Эквипотенциальные поверхности точечногозаряда представляют собой концентрические сферы.Силовыелинииэлектростатическогополявсегдаперпендикулярныэквипотенциальным поверхностям.Электрическое поле диполя. Поле внутри диэлектрика.Электрические поля, создаваемые или ослабляемые диполями, имеют своиособенности. Электрическое дипольное поле очень похоже на дипольное магнитноеполе.

На рис.2 приведены изображения дипольных полей и математическиевыражения, определяющие модули силовых векторов.7Рис.2. Электрическое и магнитное дипольные поляДляэлектрическогодиполярадиальнаяиугловаясоставляющиеэлектрического поля определяются выражениями.Er 1 2 p cos ;4 0r3E 1 2 p sin .4 0r3(14)В этих выражениях р - модуль электрического дипольного момента,физической величины, характеризующей каждый отдельный диполь. Электрическийдипольный момент - это вектор p  ql , равный произведению зарядов диполя нарасстояние между ними. Положительным направлением электрического дипольногомоментаусловилисьсчитатьнаправлениеототрицательногозарядакположительному. Все диэлектрики в электрическом поле поляризуются, то естьприобретают электрические дипольные моменты (рис.

3) или определенным образомориентируют свои имеющиеся элементарные дипольные моменты (рис. 4).Рис.3 Поляризация неполярного диэлектрика8Рис.4. Поляризация полярного диэлектрикаТемМолекулысамымдиэлектрикинеполярныхподразделяютсядиэлектриковнаполярныеинеполярные.электрическиеприобретаютдипольныемоменты лишь под влиянием внешнего электрического поля (рис.3). Полярныедиэлектрикиимеютполярноестроениемолекуливотсутствиивнешнегоэлектрического поля (рис. 4).Поляризованные диэлектрики, в свою очередь, оказывают влияние на внешнееэлектрическое поле, местами усиливая или ослабляя его.

Характер этого влияниясильно зависит от формы диэлектрика. Внутри диэлектрика внешнее поле восновном только ослабляется.Ослабление внешнего электрического поля или собственное поле внутриполяризованного диэлектрика принято описывать вектором поляризованности Р .Поляризованностьпредставляетсобойобъемнуюплотностьсуммарногоэлектрического дипольного момента, образуемого всеми элементарными диполямиданного диэлектрика.РpiV(15)Теорема Гаусса для вектора Р в интегральной форме: Р dS  q ,(16)где: q - алгебраическая сумма связанных зарядов внутри замкнутой поверхности S.Теорема Гаусса для вектора Р в дифференциальной форме:divP     ,где:   - объемная плотность связанных зарядов.Граничные условия для вектора Р :(17)9Pn    ,(18)где:   - поверхностная плотность связанных зарядов, Pn - нормальная составляющаявектора Р .Кроме напряженности поляЕи поляризованностиРдля описанияэлектрического поля применяют вектор электрической индукции D , называемойтакже электрическим смещением (название дал Максвелл).

Единица измеренияэлектрической индукции Кл/м 2 , размерность – L–2 TI.Соотношениямеждусобойтрехэлектрическихвекторныхвеличинследующие:Р  e ED   0 E D  0E  P .(19)(20)(21)В этих формулах: - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; 0 - электрическая постоянная, измеряется в Ф/м, размерность - L–3T 4 M –1 I 2. e  (  1) - диэлектрическая восприимчивость диэлектрика.Следует особо отметить, что в формулах (19)-(21) Е – это напряженностьэлектрического поля внутри диэлектрика, то есть остаток внешнего поля E0  D /  0после ослабления последнего за счет поляризации диэлектрика.Поле вектора D не зависит от параметров диэлектрика (рис.5).Рис.5. Различие полей электрических векторов E и DХарактер сложного влияния формы диэлектрика на внешнее и внутреннеэлектрическое поле можно понять из представленных ниже рисунков рис. 6 и рис.

7.10Наиболее верный путь определения результирующего электрического поля, каквнутри, так и вне диэлектрика, – применение принципа суперпозиции.а)б)Рис.6. Составляющие а) и результат суперпозиции б) двух полейРис.7. Характер изменения потенциала и напряженности поля дляцилиндрического диэлектрика, ориентированного по оси во внешнем полеСхема и описание лабораторной установкиНатурное изображение лабораторной установки, функциональная схема, узлыстыковки и регулировки измерителя электрического поля (ИЭП), а также принципего работы приведены на рис.8 – рис.11.11Рис.

8. Лабораторная установкаРис. 9. Функциональная схема измерителя электрического поля (ИЭП)Рис. 10. Принцип работы измерителя электрического поля (ИЭП)12На свободную (от ИЭП) пластину конденсатора через большое электрическоесопротивление (10 МОм) от источника питания подается высокое напряжение до200 В.Сопротивление10МОмнеобходимодляобеспечениябезопасностипроведения работ. Высокое напряжение измеряется цифровым вольтметром сдиапазоном показаний до 1000 В.К другой пластине конденсатора, соединяемой с «землей», крепится ИЭП, накоторый подается электрическое питание напряжением 12 В. Принцип работы ИЭПоснованнаизмеренииразностиэлектрическогопотенциаладвухрядомрасположенных электродов.

Силовые линии поля подходят под прямым углом кизмерительной головке ИЭП. Перед измерительными электродами ИЭП расположенэлектрически заземленный прерыватель поля, выполненный в виде вращающейсякрыльчатки, периодически закрывающей окна-щели в корпусе измерительнойголовки ИЭП. На измерительных электродах поочередно индуцируется заряд,периодически изменяющийся от нуля до максимального значения с частотой,определяемой вращением крыльчатки. Переменный сигнал для создания лучшейпомехозащищенности, усиливается и затем преобразуется в постоянный. Тем самымна выходе усилителя образуется постоянное напряжение, которое пропорциональнонапряженности измеряемого поля.Выходной сигнал не должен превышать 8-10вольт иначе линейная связь входного и выходного сигналов не обеспечивается.Ручки регулировки ИЭП показаны на рис.11.

Установка нуля производится спомощью регулятора 2. Переключение измеряемых диапазонов производитсякнопкой 6. Выходной сигнал снимается с клеммы 3.Рис.11. Стыковочные узлы, разъемы и ручки регулировки ИЭП.1- корпус; 2 - установка нуля; 3 - выход; 4 – разъем подключения компьютера;5 – питание; 6 – кнопка переключения диапазонов измерения13Задачи и порядок выполнения лабораторной работыПри выполнении работы необходимо строго соблюдать требования по техникебезопасности и охране труда, установленные на рабочем месте студента влаборатории.

Блок-схема установки приведена на рис.13. При работе установкииспользуется высокое напряжение в сотни вольт, поэтому требуется особаяосторожность при выполнении работы!Эквивалентная электрическая схема конденсатора, используемая в расчетномзадании к данной работе (Приложение 2), приведена на рис.

12.Рис.12. Конденсатор с частичным заполнением диэлектрикомПодготовкалабораторнойустановкикработе.Проверитьсоединениялабораторной установки на соответствие рис.13 и получить разрешение наподключение приборов к сети электропитания. Включить источник питания ИП принулевых показаниях ручек регулировок на его лицевой стороне.14Рис. 13. Блок-схема установки: ИП – источник питания; НПК – неподвижнаяпластинаконденсатора;ППК–подвижнаяпластинаконденсатора;ИЭП–измеритель электрического поля; R – защитный резистор 10 МОм; V1, V2 –вольтметры.УстановитьдиапазонизмерениявольтметраV1,подключенногоквысоковольтной пластине конденсатора, 1000 В; диапазон измерения вольтметра V2,подключенного к выходу ИЭП, 20 В.

Вольтметры должны быть настроены наизмерение постоянного напряжения.Установить ручку регулировки напряжения источника питания ИП для ИЭП вкрайнее правое положение (12 В). Высокое напряжение на конденсатор не подавать.Произвести установку нуля выходного сигнала ИЭП (ручка 2 рис.11). При установкенуля индикатор чувствительности ИЭП должен показывать 1 кВ/м.Задание1.Установивтребуемыйуровеньвысокогонапряжениянанезаземленной пластине конденсатора, снять зависимость выходного сигнала ИЭПот рабочего зазора между пластинами.

Рабочий зазор L изменять в диапазоне (25 –300) мм с шагом ~ 25 мм. Измерения рекомендуется начинать с больших зазоров,перемещая ППК к НПК. Провести измерения при трех значениях напряжения (100,150 и 200 В). При измерениях число значащих цифр должно быть не менее трех. Припревышении выходного сигнала ИЭП более 8-10 В производить переключениережима работы ИЭП (кнопка 6 рис.11).

Характеристики

Список файлов книги