EL_3 (534382)

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

Текст из файла

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ВЕСЫ НАПРЯЖЕНИЯ

1. Введение

Цель работы – определение разности потенциалов, приложенной к двум параллельным плоским пластинам, путем измерения силы притяжения этих пластин друг к другу.

Связь между силой взаимодействия пластин F и разностью потенциалов U между ними можно установить следующим образом. Пластины, расстояние между которыми равно d, образуют плоский конденсатор (рис. 1). При расчете силы будем исходить из того, что нижняя пластина с зарядом –q находится в электростатическом поле, создаваемом верхней пластиной с зарядом +q. Если расстояние между пластинами много меньше их линейных размеров, то поле верхней пластины можно считать однородным. Тогда сила притяжения, испытываемая нижней пластиной, определяется по формуле F=Eq, где Е – напряженность поля, создаваемого верхней пластиной в тех точках, где находится нижняя пластина.

В указанном приближении Е рассчитывают по формуле для напряженности поля бесконечно большой плоскости . Так как , где q — заряд, a S – площадь верхней пластины, то . Таким образом,

. (1)

Учитывая, что q = CU, а емкость плоского конденсатора равна , вместо (1) получим

,

откуда

. (2)

Поскольку для круглых пластин (D – диаметр пластин), окончательная расчетная формула примет вид

(3)

2. Описание установки и метода измерений

Для определения силы притяжения между пластинами служит прибор, называемый весами напряжения (рис. 2). Медная круглая пластина М укреплена неподвижно на изолированной подставке; сверху на пластине М расположены

Рис. 2

эбонитовые изоляторы. Над пластиной помещен диск А из алюминиевой фольги того же диаметра, что и пластина М. Эти пластины образуют плоский конденсатор. Для получения однородного поля между пластинами они располагаются на расстоянии d, малом по сравнению с диаметром D пластин. Диск А подвешен на металлических нитях Н, являющихся одновременно проводниками, подводящими к диску напряжение, и на металлической пружине П, по удлинению которой .можно определить силу взаимодействия F между пластинами. По закону Гука сила упругости пружины равна F=kℓ, где k – коэффициент упругости, численно равный силе, вызывающей единичное удлинение; ℓ – удлинение пружины. Для нахождения величины ℓ в конце пружины располагают метку N (рис. 2). При включении напряжения диск А (предварительно приближенный к диску М на расстояние 0,5—1 мм) под действием электрического поля притягивается к диску М. В этот момент отмечают положение h₁ метки N. Затем с помощью вращения блока Б медленно растягивают пружину до момента отрыва диска А. Момент отрыва наступит, когда сила упругости пружины станет равной силе взаимодействия между заряженными пластинами. После отрыва диск А повисает на нитях Н. После затухания колебаний пружины отмечают новое положение h₂ метки N. Так как h₁ и h₂ есть положения метки N непосредственно перед отрывом и после него, то разность h₂—h₁ дает удлинение пружины ℓ = h₂—h₁ под действием электрической силы взаимодействия пластин. Положения меток h₁ и h₂ определяют с помощью катетометра, предназначенного для измерения длин в вертикальном направлении (рис.3). Для определения h₁ (или h₂) перемещением рейки К добиваются совмещения визирной нити В и метки N. Отсчет производят по миллиметровой шкале, нанесенной на стойку, с помощью нониуса С, точность которого 0,1 мм. Измеряемое напряжение подается на пластины А и М от вторичной обмотки повышающего трансформатора. Указанным способом находят амплитудное значение этого переменного напряжения.

Рис. 3

Рассмотренный в работе метод является одним из абсолютных методов измерения разности потенциалов. Абсолютным называется метод определения напряжения через механические величины без использования электроизмерительных приборов.

Принцип взаимодействия двух или нескольких заряженных проводников положен в основу устройства электростатических вольтметров, которые служат для непосредственного измерения высоких напряжений.

3. Порядок выполнения работы

1. При помощи блока Б опускают диск А до тех пор, пока он, не касаясь эбонитовых изоляторов, подойдет очень близко к ним (0,5—1 мм).

2. Включают тумблер Р, находящийся на корпусе прибора. Под действием электрического поля диск А притянется к диску М и опустится на изоляторы.

3. Определяют катетометром положение h₁ нижней метки N.

4. Медленно вращают блок Б до момента отрыва диска А от изоляторов.

5. После успокоения пластины определяют новое положение h₂ нижней метки N.

6. Все операции, указанные в пп. 1 – 5, повторить не менее трех раз.

4. Обработка результатов измерений

Определение разности потенциалов

Данные установки:

d= . . . ; D= . . . ; К= . . . .

Таблица 1

1. Вычисляют удлинение (деформацию) пружины по средним значениям h₁ и h₂.

2. Находят силу взаимодействия по формуле F=kℓ.

3. Зная F, d, D, определяют по формуле (3) величину из меряемого напряжения.

4. По обычным правилам рассчитывают погрешности U/U и U; записывают окончательный результат.

5. Дополнительное задание: а) ответить на вопрос, как изменится удлинение пружины, если диск А будет иметь меньший диаметр; б) как вычислить F, если d сравнимо c D.

5. Контрольные вопросы

1. В чем сущность данного метода определения U?

2. Какие предположения были сделаны при выводе расчетной формулы?

3. Какое поле Е и какой заряд q берутся в формуле F=Е q.

4. Как практически рассчитывается сила притяжения пластин?

ЛИТЕРАТУРА

1. Детлаф А. А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Курс физики. Т. 2. – М.: Высш. школа, 1977, § 5.2, 5.4.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы