Elektrik sahaları ve levhalı kapasitör içindeki potansiyeller

Transkript

1 Elektrik Elektrik sahası Öğrenebilecekleriniz... Kapasitör Elektrik sahası Potansiyel Voltaj Eş potansiyel hatları Kural: Bir bütün halindeki elektrik sahası bir levhalı kapasitörün şarjlı levaları arasında üretilir. Sahanın kuvveti elektrik sahası kuvvet ölçer ile d levha boşluğu ve U voltajının bir işlevi olarak belirlenir. Saha içindeki potansiyeli bir potansiyel ölçüm test çubuğu ile ölçülür. İhtiyacınız olanlar: Levhalı kapasitör, 283 x 283 mm d = 55 mm delikli kapasitör levhası Elektrik sahası ölçer Potansiyel test çubuğu Güç kaynağı, VDC Yüksek değerde rezistans 10 Mohm Pürmüz lambası, Butan kartuşu Plastik tüp, i.d. 6 mm Dijital çoklu ölçer Bağlantı kablosu, I = 100 mm, yeşil-sarı Bağlantı kablosu, I = 759 mm, kırmızı Bağlantı kablosu, I = 750 mm, mavi Optik profil tezgahı, I = 60 cm Optik profil tezgahı tabanı, ayarlanabilir Optik profil tezgahının slayt montesi, h = 80 mm Optik profil tezgahının slayt montesi, h = 30 mm Destek çubuğu, paslanmaz çelik, 250 mm Destek çubuğu, -GEÇİN- kare, I = 250 mm Doğru açı mengenesi GEÇİN Cetvel, plastik, I = 200 mm Barel temeli GEÇİN Tam Donanım Seti, CD-ROM içinde Kullanma Kılavuzu, P Levhalı voltajın bir işlevi olarak elektrik sahası Görevler: 1. Voltaj ve elektrik sahası kuvveti arasındaki ilişki sabit levhalı boşluklarla araştırılır. 2. Elektrik sahası kuvveti ve levhalı boşluk arasındaki ilişki sabit voltaj ile ölçülür. 3. Levhalı kapasitörde, potansiyel bir test çubuğu ile konumun bir işlevi olarak ölçülür.

2 İlgili konular Kapasitör, elektrik sahası, potansiyel, voltaj, eş potansiyelli hatlar Kural Bir bütün halindeki elektrik sahası bir levhalı kapasitörün şarjlı levaları arasında üretilir. Sahanın kuvveti elektrik sahası kuvvet ölçer ile d levha boşluğu ve U voltajının bir işlevi olarak belirlenir. Saha içindeki potansiyeli bir potansiyel ölçüm test çubuğu ile ölçülür. Optik profil tezgahı, I = 60 cm Optik profil tezgahı tabanı, ayarlanabilir Optik profil tezgahının slayt montesi, h = Optik profil tezgahının slayt montesi, h = Destek çubuğu, paslanmaz çelik, 250 mm Destek çubuğu, -GEÇİN- kare, I = 250 mm Doğru açı mengenesi GEÇİN Cetvel, plastik, I = 200 mm Barel temeli GEÇİN Donanım Levhalı kapasitör, 283 x 283 mm d = 55 mm delikli kapasitör levhası Elektrik sahası ölçer Potansiyel test çubuğu Güç kaynağı, VDC Yüksek değerde rezistans 10 Mohm Pürmüz lambası, Butan kartuşu Plastik tüp, i.d. 6 mm Dijital çoklu ölçer Bağlantı kablosu, I = 100 mm, yeşil-sarı Bağlantı kablosu, I = 759 mm, kırmızı Bağlantı kablosu, I = 750 mm, mavi Görevler: 1. Voltaj ve elektrik sahası kuvveti arasındaki ilişki sabit levhalı boşluklarla araştırılır. 2. Elektrik sahası kuvveti ve levhalı boşluk arasındaki ilişki sabit voltaj ile ölçülür. 3. Levhalı kapasitörde, potansiyel bir test çubuğu ile konumun bir işlevi olarak ölçülür. Kurulum ve prosedür 1. Deneysel kurulum Şekil 1 de gösterilmiştir. Elektrik saha ölçerin öncelikle 0 V voltajı ile sıfıra dengesine getirilmesi gerekir. Böylelikle elektrik sahası kuvveti istenilen levha boşluğunda (yaklaşık 10 cm) ve çeşitli voltajlarda ölçülür. Şekil 1: Voltaj e levhalı boşluğun bir işlevi olarak elektrik sahası kuvvetinin ölçülmesi için düzenleme.

3 Şekil 2: Konumun bir işlevi olarak levhalı kapasitörün içindeki potansiyelin ölçülmesi için düzenleme. 2. Elektrik sahası kuvveti böylelikle yaklaşık 2-12 cm aralığındaki iki kapasitör arasındaki mesafenin bir işlevi olarak, değişmemiş bir kurulum ve 200 V luk bir sabit voltaj ile ölçülebilir. 3. Deneysel kurulum Şekil 2 de gösterildiği gibidir. İki levhada 10 cm lik bir boşluk vardır; uygulanan voltaj ise 250 V dur. Levhalar arasındaki potansiyel potansiyel ölçüm test çubuğu ile ölçülür. Yüzey şarjlarından kaynaklanacak paraziti önlemek için, test çubuğunun ucundaki hava 3-5 mm uzunluğunda bir yalaz kullanılarak iyonize edilir. Test çubuğu her zaman kapasitör levhalarına paralel olarak hareket ettirilmelidir. Kuram ve değerlendirme Maxwellin levha kapasitöründeki elektrik sahası için kurduğu denkleme göre şu formüle ulaşırız: Bir levha y-z levhasına yerleştirilirse ve diğeri buna paralel olarak d mesafesinde bir yere yerleştirilirse, ve levhaların sınırlı ölçüsünden kaynaklanan sınır parazitleri dikkate alınmazsa, (2) denklemine göre nin x yönünde uzandığı ve bütün olduğu anlaşılır. Sahanın dönmesiz (irrotational) olmaması dolayısıyla ( çubuğu = 0) bir yönsüz (skalar) sahanın gradyanı olarak sunulabilir. bütün olmasından dolayı de farklılıkların bölüntüsü (quotient) olarak sunulabilir. Levhalar arasındaki şarjsız boşluktaki sabit hal için Burada potansiyel farkın U uygulanan voltajına eşittir ve d nin levhalar arasındaki mesafedir. Şekil 3 te gösterilen harici potansiyel ifadeyi içeren ölçüm değerlerine işaret eden geriye doğru giden çizgiye göre; harici potansiyel şu şekildedir: Sabit boşluk d sayesinde, voltaja orantılıdır.

4 Şekil 3: Levhalı voltajın bir işlevi olarak Şekil 5: Şekil 4 ün ölçüm değerleri, log-log kağıdında karşı karşıya getirilmiştir. U sabit voltajı ile, E kuveti d boşluğuna ters orantılı olarak değişir. Ölçülen değerler log-log kağıdı üzerinde karşı karşıya getirilirse (Şekil 5), formulü dolayısıyla 0.02 standart hatalı bir lik eğimle düz bir çizgi elde edilir. Levhalı kapasitördeki eş potansiyelli yüzeyin potansiyeli doğrusal olarak x mesafesine bağlı olduğu için, potansiyelli levhaya göre şu sonucu elde ederiz: Şekil 4: Levha boşluğunun bir işlevi olarak elektrik sahası kuvveti ise = 0 olarak ayarlanır (Şekil 6). U = 250 V voltajı ile ve d = 10 cm levha boşluğu ile, Şekil 7 de gösterilen ölçüm değerleri konum ve potansiyel arasında doğrusal bir ilişkinin bulunduğunu gösterir. Doğrusal ifade ile, şu formülleri elde ederiz:

5 Şekil 6: Levhalı kapasitördeki potansiyelin ölçülmesi Şekil 7: Levhalı kapasitörün içindeki potansiyel