E10. Wyznaczanie przenikalności elektrycznej, Streszczenia z Fizyka

Pobierz E10. Wyznaczanie przenikalności elektrycznej i więcej Streszczenia w PDF z Fizyka tylko na Docsity! E.8 Wyznaczenie przenikalności elektrycznej 1/4  E10. Wyznaczanie przenikalności elektrycznej Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska polaryzacji dielektrycznej oraz doświadczalne wyznaczenie bezwzględnej przenikalności dielektrycznej próżni i względnej przenikalności dielektrycznej wybranych dielektryków. Dielektrykiem nazywamy materiał nieprzewodzący prądu elektrycznego, czyli izolator. Znamienną cechą dielektryków jest zdolność do polaryzacji dielektrycznej. Zjawisko to polega na utworzeniu dipoli elektrycznych (czyli nieznacznym przesunięciu względem siebie ładunków dodatnich i ujemnych w atomie lub molekule) lub zmianie orientacji dipoli już istniejących, na skutek przyłożenia zewnętrznego pola elektrycznego. W wyniku polaryzacji w dielektryku powstaje wewnętrzne pole elektryczne, które częściowo równoważy przyłożone pole zewnętrzne. Miarą tego zjawiska jest wielkość fizyczna zwana przenikalnością elektryczną. Oznaczamy ją grecką literą  (epsilon). Przenikalność elektryczną dielektryka często określa się poprzez tzw. względną przenikalność elektryczną r. Jest to bezwymiarowa wielkość, która wskazuje ile razy przenikalność bezwzględna dielektryka  jest większa od przenikalności bezwzględnej próżni o : o r     (1) Przenikalność elektryczna wpływa też na wielkość pojemności elektrycznej kondensatora . Kondensator – to układ dwóch (lub więcej) płyt lub przewodników (zwanych okładkami kondensatora), zdolnych do gromadzenia ładunków elektrycznych, gdy między nimi występuje napięcie elektryczne. Miarą tej zdolności kondensatora jest: pojemność elektryczna C, którą definiujemy, jako stosunek ładunku Q zgromadzonego na jednej z okładek kondensatora do napięcia U między nimi: U Q C  . (2) Jednostką jest farad (F), przy czym V C F 1 1 1  . Pojemność elektryczna kondensatora zależy od jego rozmiarów geometrycznych. Dla kondensatora płaskiego, jego pojemność jest wprost proporcjonalna do powierzchni S jego okładek, a odwrotnie proporcjonalna do odległości d między nimi: d S C oo  (3). Gdy pomiędzy okładki kondensatora wprowadzimy dielektryk, jego pojemność – na skutek zjawiska polaryzacji dielektrycznej - wzrośnie do wartości: orCC  (4). Wprowadzenie dielektryka pozwala więc zwiększyć pojemność kondensatora, bez zmiany jego rozmiarów. Zależność (4) pokazuje również, że – korzystając z niej - można w łatwy sposób wyznaczyć względną przenikalność elektryczną r badanego dielektryka, co jest celem I części niniejszego ćwiczenia. Wartość r można bowiem wyliczyć jako stosunek pojemności C kondensatora z dielektrykiem do pojemności Co kondensatora, pomiędzy E.8 Wyznaczenie przenikalności elektrycznej 2/4  okładkami którego, znajduje się próżnia lub powietrze (przenikalność elektryczna powietrza jest, w granicach błędu pomiarowego, równa przenikalności elektrycznej próżni o). W niniejszym ćwiczeniu wartości C i Co mierzymy dla kilku różnych grubości tego samego dielektryka, co pozwala wykreślić zależność C w funkcji Co. Współczynnik kierunkowy otrzymanej prostej będzie równy względnej przenikalności elektrycznejr badanego dielektryka. Celem II części ćwiczenia jest wyznaczenie bezwzględnej przenikalności elektrycznej próżni o w oparciu o wzór (3). Obliczając powierzchnię okładek kondensatora (S), mierząc odległość między nimi (d) oraz – odpowiadającą jej - pojemność kondensatora Co można wyznaczyć szukaną wartość o. W ćwiczeniu pojemność Co odczytujemy dla kilku różnych odległości d, a następnie wykreślamy zależność Co od odwrotności d, tzn. Co = f(1/d). Współczynnik kierunkowy otrzymanej prostej, równy So  , pozwala łatwo obliczyć przenikalność elektryczną o. Literatura uzupełniająca 1. Cz. Bobrowski, Fizyka- krótki kurs, Rozdz. 7.6 Zobacz też: symulacje komputerowe na stronie internetowej Katedry Fizyki i Biofizyki (http://www.up.poznan.pl/kfiz/) (zakładka: Symulacje zjawisk fizycznych), w szczególności symulacje nr 18.