Wstęp:

Dielektryki dzieli się na polarne i niepolarne. Polarne, to takie których cząsteczki lub atomy posiadają trwałe momenty dipolowe bez pola elektrycznego, a niepolarne, to takie których atomy lub cząsteczki nie posiadają bez zewnętrznego pola elektrycznego trwałego momentu dipolowego i dopiero umieszczenie ich w zewnętrznym polu elektrycznym powoduje rozsunięcie ładunków w wyniku polaryzacji deformacji.

Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie stałej dielektrycznej powietrza i materiałów takich jak pleksi, PCV i teflonu.

Sprzęt wykorzystany do ćwiczenia:

- zasilacz wysokiego napięcia 0-10 kV

- kabel z opornikiem zabezpieczającym 10MΩ

- okładki kondensatora pomiarowego

- śruba mikrometryczna

- uniwersalny wzmacniacz pomiarowy

- woltomierz

- badane płytki: pleksi, PCV, teflon

- kondensator 220 nF

Przebieg doświadczenia:

Po zapoznaniu się z aparaturą pomiarową przystąpiłem wraz z zespołem do pomiaru napięcia przy zmiennej odległości d pomiędzy okładkami próżniowego kondensatora płaskiego przy stałym napięciu U_C.

Otrzymane wyniki zostały przedstawione w poniższej tabeli oraz na wykresie:

S=0,0531 m² U_c=1,5 kV C=220 nF

U[V]	0,5	0,6	0,7	0,8	1,0	1,3
d[cm]	0,35	0,30	0,25	0,20	0,15	0,10
1/d[cm^-1]	2,86	3,33	4,00	5,00	6,67	10,0
Q[nAs]	110	132	154	176	220	286

Następnie przystąpiłem wraz zespołem do drugiej serii pomiarów, gdzie odległość między okładkami kondensatora była stała a napięcie U_C było zmienne.

Otrzymane wyniki przedstawione zostały w poniższej tabeli oraz na wykresie:

S=0,0531 m² d=0,2 cm C=220 nF

Uc [kV]	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
U [V]	0,1	0,5	0,8	1,4	1,8	2,4	3,0	3,7
Q [nAs]	22	110	176	308	396	528	660	814

Po zakończeniu pierwszej części doświadczenia, przystąpiłem wraz z zespołem do drugiej części, w której wykonane zostały pomiary bezwzględnej stałej dielektrycznej kolejno dla płytki wykonanej z pleksi, PCV oraz teflonu.

Otrzymane wyniki przedstawione zostały w poniższych tabelach oraz na wykresach:

pleksi:

S = 0,0531m² d = 0,8 cm C = 220nF

Uc [kV]	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
U [V]	0,3	0,5	1,2	1,7	2,5	3,0	3,6	4,3
Q [nAs]	66	110	264	374	550	660	792	946

PCV:

S = 0,0531m² d = 1cm C = 220nF

Uc [kV]	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
U [V]	0,2	0,5	0,8	1,2	1,7	2,2	2,8	3,4
Q [nAs]	44	110	176	264	374	484	616	748

teflon:

S = 0,0531m² d = 0,9cm C = 220nF

Uc [kV]	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
U [V]	0,2	0,4	0,5	0,7	1	1,3	1,7	1,9
Q [nAs]	44	88	110	154	220	286	374	418

Opracowanie wyników pomiarów:

• Obliczanie bezwzględnej stałej dielektrycznej dla próżni przy stałym U_C:

Jeżeli C =
to Q = CU ,

więc C =
=
i Q = _SUc
,

gdzie _ SUc = a ostatecznie _ =

Błąd względny obliczany ze wzoru:

δ _ =

δ _=
0,14

Błąd bezwzględny obliczany ze wzoru:

_

Wynik końcowy:

_=

• Obliczanie bezwzględnej stałej dielektrycznej dla próżni przy stałym d:

Q =
U_C

_ =
_ =

_

δ _=

δ _ =

_ = δ _ _

_ =

Wynik końcowy:

_ =

• Obliczanie bezwzględnej i względnej stałej dielektrycznej dla pleksi:

Q =
U_C

 =
=

δ =

δ =

 = δ   =

Bezwzględna stała dielektryczna:

 _r =

Obliczenia względnej stałej dielektrycznej:

 

δ 

δ

  δ   

Względna stała dielektryczna:

 _r = (4,4  ,

• Obliczanie bezwzględnej i względnej stałej dielektrycznej dla PCV:

Q =
U_C

 =
=

δ =

δ =

 = δ   =

Bezwzględna stała dielektryczna:

 _r =

Obliczenia względnej stałej dielektrycznej:

 

δ 

δ

  δ   

Względna stała dielektryczna:

 _r = (4 ,

• Obliczanie bezwzględnej i względnej stałej dielektrycznej dla teflonu:

Q =
U_C

 =
=

δ =

δ =

 = δ   =

Bezwzględna stała dielektryczna:

 _r =

Obliczenia względnej stałej dielektrycznej:

 

δ 

δ

  δ   

Względna stała dielektryczna:

 _r = (2,15  ,

Wnioski:

Największa wartość względnej jak i bezwzględnej stałej dielektycznej w drugiej części ćwiczenia została obliczona dla pleksi a najmniejsza dla teflonu. Wartość bezwzględnej stałej dielektycznej dla próżni przy stałej odległości między okładkami kondensatora otrzymaliśmy zbliżoną do jej teoretycznej wartości.

---