Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов. Санеев Э.Л

Электроемкость. Конденсатор . урок. Физика 10 Класс

Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов. Санеев Э.Л

На этом уроке мы начнем изучение нового прибора – конденсатора – и новой физической величины – электроемкости. Исходя из опытов, мы рассмотрим количественную неодинаковость электризации разных тел одинаковыми зарядами, познакомимся с прибором для накопления зарядов и его основными характеристиками.

Тема: Основы электродинамики
Урок: Электроёмкость. Конденсаторы

На предыдущих уроках мы знакомились с элементарными электрическими понятиями и принципами, в частности, мы говорили об электризации – явлении перераспределения заряда. Разговор о более глубоком исследовании этого явления начнем с опыта.

Изначально пусть нам даны две разные по размеру изолированные банки, подключенные к электроскопу (рис. 1):

Рис. 1

Теперь к каждой из банок поднесли одинаково заряженное тело. Естественно, с каждой банкой произойдет процесс электризации, и стрелки обоих электроскопов разойдутся. Однако оказалось, что электроскоп большей банки показал меньшее отклонение (рис. 2):

Рис. 2

Данный опыт доказывает, что различные тела электризуются одним и тем же зарядом по-разному (конкретно большая банка одним и тем же зарядом зарядилась до меньшего потенциала). И существует некоторая величина, которая показывает способность тела накапливать электрический заряд. Собственно, о ней и пойдет речь.

Определение. Электроемкость (емкость) – величина, равная отношению заряда переданного проводнику к потенциалу этого проводника.

Здесь:  – емкость;  – переданный заряд;  – потенциал, до которого зарядился проводник.

Теперь непосредственно познакомимся со специализированными приборами для накопления зарядов.

Определение. Конденсатор – набор проводников, служащий для накопления электрического заряда. Конденсаторы состоят из двух проводников и разделяющего их диэлектрика, причем толщина диэлектрического слоя много меньше размеров проводников (рис. 3).

Рис. 3. Схематическое изображение конденсатора (Источник)

Особое внимание мы будем уделять так называемым плоским конденсаторам (слой диэлектрика расположен между двумя плоскими пластинами проводника). На электрической схеме конденсатор обозначается следующим образом (рис. 4): 

Рис. 4. Условное обозначение конденсатора на электрической схеме

Емкость конденсатора определяется так же, как и любая другая электроемкость, однако с небольшим отличием (так как речь идет о системе проводников, а не о отдельно взятом проводнике, в формуле фигурирует не потенциал, а разность потенциалов или напряжение)

Здесь:  – заряд на обкладках конденсатора (так называются проводники, из которых состоит конденсатор);  – напряжение между обкладками конденсатора.

Единица измерения емкости: Ф – фарад

Однако, конечно же, емкость конденсатора – не постоянная величина, она зависит от конструкторских особенностей самого конденсатора. В случае плоского конденсатора эта зависимость имеет следующий вид:

Здесь:  – диэлектрическая проницаемость среды;  – электрическая постоянная;  – площадь обкладки конденсатора;  – расстояние между обкладками.

В конденсаторах роль диэлектрической прослойки, как правило, выполняет пропитанная соответствующим составом бумага, расположенная между двумя тонкими листами металла (рис. 5).

Рис. 5. Устройство конденсатора (Источник) 

Конденсаторы можно разделить на три основных типа: 

Конденсатор постоянной емкости – это свернутая в рулон упомянутая выше трехслойная лента (две ленты проводника и лента диэлектрика между ними).

Конденсаторы переменной емкости – приборы, используемые в радиотехнике, позволяющие регулировать параметры, от которых зависит емкость – ширина пластин и расстояние между ними (рис. 6).

Батарея же конденсаторов – это несколько конденсаторов, связанных по определенной схеме. 

Рис. 6. Модель конденсатора переменной емкости (Источник)

Конденсатор – прибор для накопления заряда, и проводники, на которых накапливается заряд, создают между собой электрическое поле, а значит, конденсатор обладает некоторой энергией.  Энергия конденсатора, по закону сохранения энергии, должна быть равна работе, выполненной по разделению зарядов.

Как мы уже знаем, работа по перемещению заряда в поле равна:

Здесь:  – заряд;  – напряженность;  – модуль перемещения.

И теперь, если рассмотреть наш случай поля конденсатора, получается, что напряженность  создается одновременно двумя обкладками, и для рассмотрения одной обкладки мы должны записать

Рис. 7. Однородное поле конденсатора

Воспользовавшись теперь формулой связи напряженности и напряжения из прошлого урока:

Формула для энергии конденсатора принимает вид:

Использовав в этой формуле формулу определения емкости конденсатора, можно получить еще две формы записи для энергии:

или

Этот урок завершает тему электростатики. Следующий будет посвящен уже электрическому току.

Дополнение 1. Электроемкость шара.

Для того чтобы оценить насколько велика емкость в 1 Ф, возьмем в качестве накапливающего заряд тела проводящий шар и выведем зависимость его емкости от его размеров.

Из предыдущего урока мы знаем формулу для определения потенциала шара:

Подставим теперь её в определение емкости:

Давайте рассмотрим случай в вакууме или же в воздухе (). Каковы же должны быть размеры шара, чтобы его емкость равнялась 1 Ф?

Для сравнения радиус Земли равен:

Дополнение 2. Соединение конденсаторов.

Иногда не получается найти конденсатор нужной конфигурации, тогда приходится составлять блоки из нескольких конденсаторов. Соединить два или более конденсатора можно двумя различными способами: параллельно или последовательно.

Параллельное соединение (рис. 8):

Рис. 8. Параллельное соединение конденсаторов

Так как выходы источника питания подсоединены одновременно к обкладкам всех конденсаторов, то потенциалы всех обкладок равны, металл является эквипотенциальной поверхностью:

Заряды на обкладках параллельно соединенных конденсаторов суммируются:

Разделив второе равенство на напряжение (любое, так как они равны) и воспользовавшись определением емкости конденсатора, получим:

Последовательное соединение (рис. 9):

Рис. 9. Последовательное соединение конденсаторов

Так как две обкладки соседних конденсаторов являются одной деталью, отрезанной от остальных проводников, по закону сохранения заряда, сумма их зарядов должна оставаться равной нулю, а значит, они равны по модулю, но противоположны по знаку, поэтому:

Падение же напряжения на всем участке складывается из падений напряжения на каждом конденсаторе:

Теперь, разделив второе равенство на заряд (любой, так как они равны) и воспользовавшись определением емкости конденсатора, получим:

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

  1. Стр. 96-98: № 750–755. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
  2. Во сколько раз изменится емкость конденсатора, если листовую слюду заменить парафином той же толщины?
  3. Какую площадь должны иметь пластины плоского конденсатора, для того чтобы его электроемкость была равна 1 пФ? Расстояние между пластинами – 0,5 мм.
  4. Емкость одного конденсатора больше емкости другого в 4 раза, на какой конденсатор нужно подать большее напряжение, чтобы их энергии стали одинаковыми, во сколько раз больше?
  5. *Почему большой заряд не может удержаться на сфере маленького радиуса?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/osnovy-elektrodinamiki-2/elektroemkost-kondensator-variant-1-eryutkin-e-s

Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов

Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов. Санеев Э.Л

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Определениеёмкости конденсатора и батареиконденсаторов

Цельработы: определение ёмкостиконденсатора и батареи из двухконденсаторов при их параллельном ипоследовательном соединении.

Описание установки

В составлабораторной установки входят:лабораторный модуль, источник питанияИП, стрелочный микроамперметр.

Электрическаясхема лабораторного модуля изображенана его

переднейпанели (рис. 2.1). Внутри лабораторногомодуля на печатной плате смонтированы:поляризационное реле типа РПС–32А, атакже два конденсатора. Конденсаторыподключаются к источнику питания спомощью гибких выводов со штекерами.

Кгнездам «РА«подключается микроамперметр. Один изгибких выводов подключён черезполяризационное реле, а второй –непосредственно к источнику тока.

Переменное питание на реле подаетсячерез тумблер «РПС» и кнопку «К»с нормально разомкнутыми контактами.

В первуюполовину периода замыкаются контактыреле, через которое подается напряжениена гибкие выводы, и конденсатор заряжается.Контакты, в цепь которых включенмикроамперметр, разомкнуты.

Во вторуюполовину периода размыкаются контактыреле, через которые подается напряжениена конденсатор, и замыкаются контакты,через которые к заряженному конденсаторуподключается измерительный прибор.

Этот процесс проходит с частотой питанияобмотки поляризационного реле, равной50 Гц.

Вывод расчётной формулы

Завремя Т, равноепериоду перезарядки конденсатора, черезмикроамперметр пройдёт заряд Q,величина которого определяется площадью(рис. 2.2), ограниченной кривой тока разрядаконденсатора i(t)и осью времени t.

С другой стороны, Qможно определить через площадь,ограниченную прямой I= constи осью времени tв пределах периода перезарядкиконденсатора. Здесь I– среднее значение тока, котороепоказывает микроамперметр. Обе площади,выделенные на рис. 1.

3, равны, следова-тельно,можно записать

. (1.1)

НапряжениеU,заряд конденсатора Qи ёмкость конденсатора Ссвязаны известным соотношением

Q= CU. (1.2)

Приравнивая(1.1) и (1.2), а также учитывая соотношение= 1/Т, где - частота перезарядки конденсатора,равная частоте питания поляризационногореле 50 Гц, получим формулу для расчётаёмкости конденсаторов или их соединений

(1.3)

Подготовка модуля к работе.

1. Подсоединитьк гнездам «РА«микроамперметр.

2. Подключитьк лабораторному модулю источник питанияИП.

3. Включить в сеть лабораторныймодуль и источник питания.

4. Включить тумблер «РПС» налицевой панели модуля.

5. Установитьна источнике питания ИП напряжение,равное 5 В  10 В.

Порядок проведения измерений

1. С помощьюгибких выводов на панели лабораторногомодуля подсоединить конденсатор емкостьюС1к гнёздам 1 и 2 (рис. 2.1).

2. Нажав иудерживая кнопку «К» в течение 3 –4 с, измерить среднее значение токаразряда конденсатора С1.

3.Присоединить гибкие выводы к конденсаторуС2 (гнезда 2 и 3) и измерить еготок разряда.

4. Присоединитьгибкие выводы к гнездам 1 и 3 и измеритьток разряда последовательно соединенныхконденсаторов С1,С2.

5. Закоротитьгнезда 3 и 4 перемычкой, подсоединитьгибкие выводы к гнездам 1 и 2 и измеритьток разряда параллельно соединенныхконденсаторов СС2.

6. Результаты измерений занестив табл. 2.1.

7. Повторить пункты 1 – 6, изменяянапряжение на источнике ИП в диапазоне5 – 10 В с шагом в 1 В.

Таблица2.1

U, ВI, CС1С2СпосСпар
5I, мкАС, мкФ
I, мкАС, мкФ
10I, мкАС, мкФ

Обработкарезультатов измерений

1.По формуле (1.3) рассчитать емкостиконденсаторов СС2и их соединений. Результаты расчетазанести в табл. 2.1.

2.Рассчитать абсолютную и относительнуюпогрешности определения одной изёмкостей.

Контрольные вопросы

1. Откаких параметров зависит ёмкостьконденсатора?

2. Изложитьсуть метода определения ёмкостиконденсатора посредством измерениятока разрядки.

3. Какойфизический смысл имеет площадь,ограниченная кривой графика i= i(t)?

4. Вывестиформулы для электроёмкости последовательнои параллельно соединённых конденсаторов.

Определение ёмкостиконденсатора

Состав работы:

— лабораторный модуль______________________________1 шт.

— микроамперметр постоянноготока в корпусе __________1 шт.

  • источник питания типа «HY 180 3D __________________1 шт.
  • полка ____________________________________________1 шт.

Параметры и состав модуля:

-реле поляризованное типа РПС-32А____________________1 шт.

-трансформатор 220/24 В _____________________________1шт.

-конденсаторы ёмкости:

С1= 0,1_________________________1 шт.

С2= 0,16_____ ___________________1 шт.

Примечание.

Напряжение источника питанияне должно превышать значения, при котором ток при параллельно соединённых конденсаторах не

более 100 мкА ( U = 7В ).

Измеряемыепараметры:

-с помощью микроамперметра измеряетсясреднее значение тока

разряда конденсатора, по которомуопределяется его заряд.

-подобные измерения производятся дляпараллельно и последовательно соединённыхконденсаторов.

Лабораторнаяработа №3

Изучениеобобщённого закона Омаи измерениеэлектродвижущей силы

методомкомпенсации

Цельработы: изучениезависимости разности потенциалов научастке цепи, содержащем ЭДС, от силытока; расчёт ЭДС и полного сопротивленияэтого участка.

Теоретические положения

Длятого чтобы поддерживать движениеэлектрических зарядов в течениенекоторого длительного времени,необходимо, кроме электрического поля,наличие в цепи сторонних полей. Сторонниеполя действуют на носители тока внутриисточников электрической энергии(гальванических элементов, аккумуляторов,электрических генераторов и т.п.).

Дляэлектрического и сторонних полейвводятся силовая и энергетическаяхарактеристики. Силовыми характеристикамиявляются векторы напряжённости и .

Направлениевектора напряжённости поля совпадаетс направлением соответствующей силы,действующей на положительный заряд.Величина напряжённости численно равнаотношению силы к величине заряда:

Энергетическойхарактеристикой электростатическогополя является разность потенциалов 1- 2,стороннего поля – электродвижущая силаE.

Величина разности потенциалов равнаотношению работы силы электро-статическогополя Аэлпри перемещениималого точечного заряда qиз первой точки участка цепи во вторуюк величине перемещаемого заряда, величинаЭДС – аналогична отношению работы силыстороннего поля Асторк величине q:

1- 2= , E= .

Междусиловыми и энергетическими характеристикамиэлектростатического и стороннего полейимеются сходные интегральные соотношения

1- 2= , E= .

Величина,численно равная суммарной работе,совершаемой электростатическими исторонними силами при перемещенииединичного положительного заряда поучастку цепи, называется напряжениемUна этом участке цепи и равна

U1-2= (1- 2)+ Ei,

гдезнак i– х ЭДС принимается положительным, еслинаправлениеобхода от точки 1 к точке 2 (рис.3.1) соответствует перемещениювнутри источника Eiот знака «-» (катод) к знаку «+»(анод). В противном случае – отрицательным.Таким образом, на рис. 2.1 E1будет отрицательной, а E2– положительной.

Еслииспользовать определение напряженияU= IRп,где I– сила тока вцепи, Rп– полное сопротивление участка,включающее внутреннее сопротивлениеисточника ЭДС на этом участке, то законОма принимает вид

IRп= (1- 2)+ Ei. (3.1)

Выражение(3.1) называют обобщённым законом Ома илизаконом Ома для неоднородного участкацепи.

Участокцепи, в пределах которого не действуютсторонние силы, называется однородным,напряжение на нём равно U1-2= 1- 2,т. е. напряжение совпадает с разностьюпотенциалов.

Занаправление электрического токапринимают направление перемещенияположительных зарядов. ПроизведениеIRпберётся положительным, если направлениетока совпадает с направлением обходаконтура.

Применимобобщённый закон Ома к участку цепи,изображённому на рис. 3.2. При решениизадач с использованием обобщённогозакона Ома направление тока, а такженаправление обхода контура выбираютсяпроизвольно. Выберем условно положительноенаправление тока, как показано нарисунке, и направление обхода от точки1 к точке 2. Тогда для участка цепи 1 – E– R– 2 получим

I(R+ r)= (1- 2)+ E. (3.2)

Обобщённыйзакон Ома, применённый к участку 1 – V– 2 (обход через вольтметр), имеет вид

Iвrв= 1- 2, (3.3)

гдеIв– ток, проходящий через вольтметр, rв– сопротивление вольтметра.

Нопроизведение Iвrв– это показание вольтметра, следовательно,показание вольтметра, подключенного кконцам любого участка цепи, всегда равноразности потенциалов между точкамиподключения прибора.

Извыражения (3.2), обозначив полноесопротивление участка
R+ rчерез Rп,получим

1- 2= IRп- E,

или 2- 1= E- IRп. (3.4)

Выражение(3.4) представляет собой уравнение прямойв коорди-натах (2- 1,I),изображённой на рис. 3.3.

Из(3.4) следует, что если сила тока в цепиравна нулю, то разность потенциалов ЭДСисточника, включённого в рассматриваемыйучасток,

2- 1= E,

аполное сопротивление участка цепи 1 –2 равно тангенсу угла наклона прямой (см. рис. 3.3):

R= tg.

Описаниеустановки и методики измерений

Схемалабораторной установки приведена нарис. 3.4. В состав установки входятлабораторный модуль, источники питанияИП1 и ИП2, а также два цифровых мультиметрамарки М–92А, используемых в качествевольтметра и миллиамперметра.

Налицевой панели лабораторного модуляизображена электрическая схема установки(рис. 3.5) и расположены гнёзда дляподключения измерительных приборов. Кпанели также подведены два гибкихвывода, с помощью которых можно подключатьс различной полярностью ИП1 с ЭДС E1к исследуемому контуру.

Будемсчитать, что величина внешней регулируемойЭДС E1всегда известна, а постоянная величинаE2,создаваемая источником ИП2, неизве-стна,как и сопротивление участка 1-2. Определимих.

Выберемнаправление обхода контура от точки 1к точке 2 (см. рис.3.5), а за положительное направление токапримем направление от точки 2 к точке1, тогда в соответствии с обобщённымзаконом Ома для участка цепи можнозаписать

(1- 2)– E2= — IR0 или 1- 2= E2- IR0, (3.5)

а длязамкнутой цепи

I(R+ R0)= E2E1. (3.6)

Здесьзнак «+» будет при согласномподключении E2и E1,а знак «-» при встречном.

Из(3.6) может быть найдено выражение длявеличины тока в цепи

. (3.7)

Каквидно из (3.7), изменяя величину E1,можно изменять и силу тока. При согласномвключении E2и E1сила тока Iрастёт с ростом E1.Из (3.5) видно, что разность потенциалов1- 2при этом линейно уменьшается и можетдостигнуть нулевого значения. Придальнейшем росте тока разность потенциаловна концах участка меняет знак напротивоположный.

ЕслиE1включена навстречу E2,величина тока Iуменьшается с ростом E1и при E2= E1становится равной нулю. При этом согласно(3.5)
1- 2= E2,т. е. в момент компенсации тока вольтметризмеряет величинуE2.Вольтметр покажет положительное значениеE2,т. к. 2> 1,а к точке 2 присоединена положительнаяклемма вольтметра. Дальнейший рост E1приводит к изменению направления токав цепи.

Порядок выполнения работы

1.Собрать схему лабораторной установки(см. рис. 3.4). Источник с ЭДСE1через разъёмы 5,6 включить встречноисточнику с ЭДС E2(рис. 3.6,а).Вольтметр подключить к разъёмам 1,2, амиллиамперметр к разъёмам 3,4.

2.Подключить к сети лабораторный модульи источники питания. Включить измерительныеприборы.

3.Установить напряжение источника питанияИП2 с ЭДС E2,

равное5 В.

4.Установить напряжение источника питанияИП1 с ЭДС E1,

равное3 В. Изменяянапряжение E1в пределах 3-8 В с интервалом

в1 В, измерить значения тока и разностипотенциалов на участке

E2– R0.Занести результаты измерений в табл.3.1.

Таблица3.1

Встречное включение E1 и E2Согласное включение E1 и E2
I, мА1 — 2, ВI, мА1 — 2, В
1…n

5.Источник с ЭДС E1включить согласно источнику с ЭДС E2(рис. 3.6,б)и проделать измерения п. 4. При записипоказаний измерительных прибо-ровследует учитывать знаки соответствующихвеличин.

Обработка результатов измерений

1. Используя данныетабл. (3.1), построить зависимость 1- 2= f(I)(рис. 3.7).

2
.Выделить пунктирными линиями на графикеполосу разброса экспериментальныхданных.

3.Определить из графика значение разностипотенциалов (1- 2),соответствующее значению I= 0, а также ток Iкпри условии (1- 2)= 0.

4.Рассчитать значение сопротивления R0по формуле

.

5.Определить из графика значенияпогрешностей определения тока Iи разности потенциалов .

6.Сравнить значение (1- 2)со значением E2,проверив соотно-шение

(1- 2)- E2(1- 2)+ .

Контрольные вопросы

1.Каков физический смысл ЭДС? В какихединицах измеряется ЭДС?

2.В чём сущность измерения ЭДС методомкомпенсации?

3.Какой физический смысл имеет электрическийпотенциал?

4.Какое направление принимают заположительное направление тока в цепи?

5.Как определяется знак ЭДС при расчётеэлектрических цепей?

Обобщённый закон Ома

Состав работы:

  • лабораторный модуль_____________________________1 шт.
  • источник питания типа «HY 1803ED»________________2 шт.
  • микромультиметр типа «MAS 830B» ________________2 шт.

— адаптер типа ACDC _______________________________2 шт.

Параметры работы:

-напряжение источникапитания Е1_________________________5 В.

-напряжение источникапитания Е2_____________________0 – 10 В.

Примечание: красный проводот модуля пдсоединяется к однополюснойрозетке источника со знаком “ + “.

Источник: https://works.doklad.ru/view/LzTcMU1fwEs.html

Лр 2 емкость(мет)

Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов. Санеев Э.Л

3.По формуле (4) рассчитать емкостиконденсаторов С1,С2,их последовательного С3и параллельного С4соединений. Результаты расчета занестив табл. 2.

Таблица2

С1, мкФ

ΔС1, мкФ

С2, мкФ

ΔС2, мкФ

С3, мкф

ΔС3, мкФ

С4, мкФ

ΔС4, мкФ

4.Рассчитать абсолютную и относительнуюпогрешности определения ёмкостей.Результаты расчета занести в табл. 2.

5.Поверить соотношения для электроёмкостипоследовательно и параллельно соединённыхконденсаторов (5) и (6).

6.Сделать выводы.

4.Контрольные вопросы

1. Откаких параметров зависит ёмкостьконденсатора?

2. Изложитьсуть метода определения ёмкостиконденсатора посредством измерениятока разрядки.

3. Какойфизический смысл имеет площадь,ограниченная кривой графика i= i(t)?

4. Вывестиформулы для электроёмкости последовательнои параллельно соединённых конденсаторов.

5. Емкостиплоского, цилиндрического и сферическогоконденсаторов.

Подписанов печать 19.04.2007. Формат 60х84 1/16.

Усл.п.л.0,7. Тираж 100 экз. Заказ №85

ИздательствоВСГТУ.

670013.г.Улан-Удэ, ул.Ключевская, 40в.

©ВСГТУ, 2007 г.

Федеральноеагентство по образованию

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

Лабораторнаяработа №2

Составители:Санеев Э.Л.

ШагдаровВ.Б.

ИздательствоВСГТУ

Улан-Удэ,2007

Аннотация

Влабораторной работе определяютсяемкости двух конденсаторов и батареиэтих конденсаторов при их последовательноми параллельном соединении. Работавыполняется на лабораторном модуле.Емкости определяются по среднемузначению тока разрядки конденсаторов.Частота перезарядки – 50 Гц.

Ключевыеслова: конденсатор, емкость, батареяконденсаторов, емкость параллельно ипоследовательно соединенных конденсаторов.

  1. измерить среднее значение тока разряда конденсатора С1.

  2. Присоединить гибкие выводы к конденсатору С2 (гнезда 2 и 3) и измерить его ток разряда.

  3. Присоединить гибкие выводы к гнездам 1 и 3 и измерить ток разряда последовательно соединенных конденсаторов С1, С2.

  4. Закоротить гнезда 3 и 4 перемычкой, подсоединить гибкие выводы к гнездам 1 и 2 и измерить ток разряда параллельно соединенных конденсаторов С1и С2.

  1. Результаты измерений занести в табл. 1.

  1. Повторить пункты 1-6, изменяя напряжение на источнике ИП в диапазоне 4 — 10 В с шагом в 1 В.

Таблица1

U, В

I, мкА

С1

С2

С3 (паралельн.) (параллельное)

С4 (послед.)

4

….

10

3.5.Обработка результатов измерений

1.Построить графики зависимостей I(U)для каждого цикла измерений. На графикахотметить экспериментальные точки.Прямые провести по методу наименьшихквадратов (или как можно близко кточкам).

1.Рассчитать коэффициент Азависимости (3) для каждого цикла измеренийпо методу наименьших квадратов (иличерез тангенс угла наклона).

3.Выполнение работы

3.1.Цель работы: определениеёмкости конденсатора и батареи из двухконденсаторов при их параллельном ипоследовательном соединении.

3.2.Приборы и принадлежности.

Приборы

Пре-дел измерения

Цена деле-ния

Точность

(Кл. точ-

ности)

Погре-

шность

Вольтметр электронный

Микроамперметр стрелочный

Лабораторныймодуль.

Источникпитания.

3.3.Подготовка модуля к работе.

1. Подсоединитьк гнездам «РА»микроамперметр.

  1. Подключить к лабораторному модулю источник питания ИП.

  2. Включить в сеть лабораторный модуль и источник питания.

4. Включитьтумблер «РПС» на лицевой панелимодуля.

5. Установитьна источнике питания ИП напряжение, от4В до 10В.

3.4.Порядок проведения измерений

1. Спомощью гибких выводов на панелилабораторного модуляподсоединитьконденсатор емкостью С1кгнёздам 1 и 2 (рис. 2).

  1. Нажав и удерживая кнопку «К» в течение 3 — 4 с,

Лабораторнаяработа № 2

Определениеёмкости конденсатора и батареиконденсаторов

Завремя Т,равноепериоду перезарядки конденсатора, черезмикроамперметр пройдёт заряд Q,величинакоторого определяется площадью (рис.1), ограниченной кривой тока разрядаконденсатора i(t)и осью времени t.

С другой стороны,Qможноопределитьчерез площадь, ограниченную прямой I=constи осью времени tвпределахпериодаперезарядкиконденсатора. Здесь I-среднее значение тока, которое показываетмикроамперметр.Обеплощади,выделенные на рис.

1, равны, следовательно,можно записать

Рис. 1

, (1)

НапряжениеU,зарядконденсатора Qиёмкость конденсатора С связаны известнымсоотношением

Q= CU. (2)

Приравнивая(1) и (2), а также учитывая соотношение ν= 1/T,где ν- частота перезарядки конденсатора,равная частоте питания поляризационногореле 50 Гц, получим линейную зависимостьсреднего значения силы тока от напряжения:

I=A·U, (3)

гдеA= C·ν— коэффициент пропорциональности, равныйтангенсу угла наклона прямой I(U).Таким образом емкость можно определитьчерез коэффициент Апо формуле:

(4)

Емкостьпараллельно соединенных конденсаторов:

С4= С1+ С2 (5)

Емкостьпоследовательно соединенных конденсаторов:

(6)

2.Описание установки

В состав лабораторной установки входят:лабораторный модуль, источник питанияИП, стрелочный микроамперметр.

Рис. 2

Электрическаясхема лабораторного модуля изображенана его передней панели (рис. 2). Внутрилабораторного модуля на печатной платесмонтированы: поляризационное релетипа РПС-32А, а также два конденсатора.

Конденсаторы подключаются к источникупитания с помощью гибких выводов соштекерами. К гнездам «РА»подключаетсямикроамперметр. Один из гибких выводовподключён через поляризационное реле,а второй — непосредственно к источникутока.

Переменное питание на реле подаетсячерез тумблер «РПС» и кнопку «К»с нормально разомкнутыми контактами.

Впервую половину периода замыкаютсяконтакты реле, через которое подаетсянапряжение на гибкие выводы, и конденсаторзаряжается. Контакты, в цепь которыхвключен микроамперметр, разомкнуты.

Вовторую половину периода размыкаютсяконтакты реле, через которые подается напряжение на конденсатор, и замыкаются контакты, через которые к заряженномуконденсатору подключается измерительныйприбор.

Этот процесс проходит с частотойпитания обмотки поляризационного реле,равной 50 Гц.

Источник: https://studfile.net/preview/3561124/

Biz-books
Добавить комментарий