Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

Определение ёмкости конденсатора баллистическим гальванометром

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

2

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Вятский государственный университет»

Электротехническийфакультет

Кафедрафизики

Методическиеуказания

клабораторной работе

Дисциплина»Физика»

длявсех специальностей

Киров– 2009

УДК537.224: 083

Рецензент: кандидат химических наук, доценткафедры физики ВГСХА

В.А.Морозов

Определениеемкости конденсатора баллистическимгальванометром: Лабораторная работа/И.Р. Попова Киров: Изд-во ВятГУ, 2009. – 10с.

Компьютерный набор: к.В. Машковцев

__________________________________________________

610000,г. Киров, ул. Московская, 36.

ГОУ ВПО «Вятский государственныйуниверситет», 2009

Цельработы: ознакомиться с принципом действиязеркальногобаллистическогогальванометра и с его помощью научитьсяопределять ёмкостиконденсаторов. А так же проверка формулпараллельногои последовательногосоединения конденсаторов.

I. Электрическая ёмкость

Ёмкостьюпроводника, бесконечно удалённого отвсех остальных проводников, называетсявеличина заряда, необходимого длясообщения этому проводнику потенциала,равному единице.

Еслипроводник не уединён, то его потенциалсущественно зависит от расположения иэлектрического состояния другихпроводников. Обуславливается это тем,что поле заряженного проводника вызываетперераспределение зарядов на всехсоседних с ним проводниках, в том числеи на незаряженных (электростатическаяиндукция).

Можно, однако, достигнутьполной независимости системы проводниковот всех постоянных путём заключенияих в металлическую оболочку(электростатическая защита).

Заряды,распределены вне оболочки, не влияютна электрическое состояние пространствавнутри неё, так как поле этих внешнихзарядов во внутреннем пространствекомпенсируется полем зарядов,индуцированных ими на внешней поверхностиоболочки.

Такаяизолированная система проводников(обкладок) образует конденсатор. Подёмкостью конденсатора нужно пониматьотношение заряда конденсатора к разности потенциаловего обкладок:

(1)

Зарядомконденсатора называется абсолютная величина равныхпо модулю и противоположных по знакузарядов, расположенных на внутренних,обращённых друг к другу поверхностяхобкладок.

Присоединении нескольких конденсаторовв батарею, её ёмкость зависит от способасоединения конденсаторов. При параллельномсоединении конденсаторов ёмкостейЁмкость батареи

, (2)

апри последовательном соединении ёмкостьбатареи определяется отношением

. (3)

Цельданной работы – измерение ёмкостиконденсаторов и проверка формул (2) и(3).

II. Описание аппаратуры и метода измерения

Дляопределения заряда конденсатораиспользуется зеркальный баллистическийгальванометр. Баллистическими называютсятакие гальванометры, у которых моментинерции подвижной части значительнобольше, чем у обычных гальванометров.

Упрощённаясхема баллистического гальванометрадана на рисунке 1. Токопроводящая катушкасвободно подвешена на тонкой металлическойнити, создающей противодействующийвращающий момент в тоже время являющийся проводником,по которому подводится ток. Вторымпроводником, соединяющим катушку свнешней цепью, служит серебряная пружинка.

Вследствиебольшого момента инерции периодкрутильного колебания катушки будетсущественно больше времени протеканиячерез неё кратковременного импульсатока, поэтому максимальный угол поворотакатушки оказывается пропорциональнымзаряду, перенесённому импульсом.

Измерениеуглов поворота катушки делается методомзеркального отсчёта; для этого на нитиприкрепляют небольшое, лёгкое зеркальце

.На зеркальце направляют узкий пучоксвета от лампы (рис. 2), который, отразившись от зеркальца,падает на шкалу виде тонкой светлойполоски – «зайчика».

При отсутствиитока в катушке баллистическогогальванометра «зайчик» должен находитьсяпосредине шкалыABтак, чтобы лучи, падающий и отражённый,были перпендикулярны к плоскостизеркальца.

При наличии тока в катушкезеркальце повернётся на угол ,тогда отражённый луч отклонится на угол,сместившись по шкале наделений.

Нарисунке 2 видно что ,

где- расстояние между шкалой и зеркалом.

Таккак время протекания импульса токазначительно меньше периода колебанийподвижной части, то угол отклоненияневелик; для таких углов можно считать:.

Тогдаполучим .

Замалое время протекания токапротиводействующий момент закрученнойнити можно считать равным нулю, так каксистема при большом моменте инерции неуспевает сдвинуться с места. Следовательно,можно считать, что подвижная системаза это время будет находиться поддействием вращающего момента ,обусловленного током

,

где- индукция магнитного поля;- ток, протекающий по катушке;- площадь витка;- число витков;- угол нормали к площади витка снаправляющей линии поля.

Привсех положениях рамки угол равен,и вращающий момент

Импульсвращающего момента равен изменению момента импульсавращающейся системы,где- момент инерции системы;- изменение угловой скорости за время.Подставляя значение,получаем

.

Интегрируяобе части равенства, получим следующее

Учитывая,что ,где- заряд, протекающий за времячерез катушку, получим

.

Отсюдаили,где.

Кинетическаяэнергия системы

.

Вращениекатушки будет продолжаться до тех пор,пока вся кинетическая энергия не перейдётв потенциальную энергию закрученнойнити подвеса. В этот момент подвижнаясистема остановиться, повернувшись наугол ,

,где — коэффициент, зависящий от упругихсвойств подвеса,.Отсюда

.

Таккак угол ,то.

Обозначивмножитель ,получим

.

Величинуназывают баллистической постояннойприбора.

Такимобразом, величина первого отклонениясветового луча оказывается пропорциональнойколичеству электричества, прошедшегочерез баллистический гальванометр.

Возникшиекрутильные колебания систем будутзатухать довольно медленно. Чтобы«успокоить» крутильные колебанияподвижной системы, обмотку катушкибаллистического гальванометра шунтируютспециального рассчитанным сопротивлением.При наличии такого сопротивления,называемого критическим, подвижнаясистема после первого отклонениявозвращается в положение равновесия,не переходя через него.

Дляопределения ёмкости конденсаторапользуются схемой, указанной на рисунке3, где — клеммы источника напряжения;- клеммы баллистического гальванометра;- ключ цепи потенциометра;- потенциометр;- вольтметр;- конденсатор;- двойной переключатель, позволяющийсоединять конденсатор с потенциометромили баллистическим гальванометром.Если между точкамиицепи с помощью потенциометра установитьопределённое напряжение и зарядитьконденсатор, а затем переключить егона баллистический гальванометр, токонденсатор разрядится через егокатушку.

Дляизмерения заряда баллистическим гальванометром вначаленеобходимо определить его баллистическуюпостоянную.С этой целью через баллистическийгальванометр пропускается известныйзаряд, конденсатора известной ёмкости(эталона), заряженного до известногонапряжения.Величина этого заряда рассчитываетсяпо формуле

,где — ёмкость эталона.

Пропускаячерез баллистический гальванометрразличные по величине заряды и измеряясоответствующие отклонения «зайчика»,рассчитывают постоянную баллистическогогальванометра.

Источник: https://studfile.net/preview/6266205/

Лабораторная работа 4 Определение емкости конденсатора с помощью баллистического гальванометра — PDF Free Download

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУДАРТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫШЕГО ПРОФЕИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОКОВКИЙ ГОУДАРТВЕННЫЙ УНИВЕРИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ НОВОИБИРКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕКИЙ ИНТИТУТ

Подробнее

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ ГАЛЬВАНОМЕТРОМ Лабораторная работа 14 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ… 3 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ… 7 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА Теоретическое введение Между зарядом на проводнике Q и потенциалом его поверхности существует прямая пропорциональность

Подробнее

Специализированный учебно-научный центр — факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Школа имени А.Н. Колмогорова Кафедра физики Общий физический практикум Лабораторная работа 3.9 Измерение емкости конденсатора

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА И БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ Выполнил

Подробнее

Лабораторная работа.03 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ А.В. Чайкин, В.А. Росляков Цель работы: изучение понятия электрической емкости на примере конденсаторов и их соединений.

Подробнее

Лабораторная работа.08. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Цель работы: изучение понятия лектрической емкости на примере конденсаторов и их соединений. Задание: на основе полученных

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им К Д Ушинского Лабораторная работа 3Б Измерение сопротивлений мостиком Уитстона для студентов заочного отделения Ярославль 2010 Оглавление 1 Краткая

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» ÝËÅÊÒÐÎÑÒÀÒÈÊÀ Рабочая тетрадь для лабораторных работ студента Ф.И.О. группа Тамбов Издательство

Подробнее

МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.0.0 ФИО студента Выполнил(а) Защитил(а) Шифр группы Москва 01_ г. Лабораторная работа.0 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 8 УПРУГИЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ УДАР ШАРОВ Выполнил студент группы Преподаватель

Подробнее

Работа 37 Измерение электроемкости конденсаторов У п р а ж н е н и е 1 Определение емкости конденсатора баллистическим методом Оборудование Набор конденсаторов, зеркальный гальванометр, источник постоянного

Подробнее

Лабораторная работа 12 ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ Цель работы: измерение электрической емкости методом баллистического гальванометра, определение диэлектрической проницаемости диэлектрика

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 2 Измерение ЭДС гальванических элементов методом компенсации Ярославль 2008 Оглавление 1. Цель работы………………………..

Подробнее

Лабораторная работа.15 ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА Цель работы: экспериментальное и теоретическое исследование изменения величины индукции магнитного поля вдоль оси соленоида. Задание: по экспериментальным

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 12 Исследование магнитного поля соленоида Ярославль 2007 Оглавление 1. Краткая теория………………………

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА МЕТОДОМ ПЕРЕЗАРЯДКИ Цель и содержание работы Целью работы является ознакомление с методом измерения емкости конденсаторов способом иx периодической

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 7 ИССЛЕДОВАНИЕ АПЕРИОДИЧЕСКОГО РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО

Подробнее

Работа 3. Измерение индукции постоянного магнитного поля У п р а ж н е н и е. Измерение индукции магнитного поля соленоида. Оборудование: исследуемый и нормальный соленоиды с измерительными катушками,

Подробнее

РАБОТА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕЙ РЕЗИСТОР И КОНДЕНСАТОР Цель работы: изучение закона изменения напряжения при разрядке конденсатора, определение постоянной времени R-цепи и

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 49 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»

Подробнее

Занятие 19 Постоянный ток. Соединения проводников Задача 1 Перенос вещества происходит в случае прохождения электрического тока через: 1) Металлы и полупроводники 2) Полупроводники и электролиты 3) Газы

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Кафедра общей физики Лаборатория механики Лабораторная работа 6 Измерение скорости полета пули Ярославль 2009 Оглавление 1. Краткая

Подробнее

1. Задание 14 1428 Вариант 3580611 Резистор 1 с электрическим сопротивлением 3 Ом и резистор 2 с электрическим сопротивлением 6 Ом включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение

Подробнее

На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Подробнее

Лабораторная работа Измерение сопротивлений мостовым методом Цель работы: ознакомиться с мостовым методом измерения сопротивлений, исследовать законы соединения сопротивлений. Приборы и принадлежности:

Подробнее

Методика обучения решению разноуровневых задач на примере темы Конденсаторы. От простого к сложному. Сокалина Александра Николаевна МБОУ СОШ 6 Линия 1 Актуализация знаний Конденсатор; Емкость конденсатора

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского М.Л. Игольников Лабораторная работа 3Б Измерение сопротивления методом моста Уитстона Ярославль 2006 Оглавление 1. Цель работы………………………..

Подробнее

Лабораторная работа 4 Определение электродвижущей силы источника ДС и исследование режимов работы электрической цепи Цель работы: ознакомиться с компенсационным методом измерения ДС, исследовать зависимость

Подробнее

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 21 Расширение пределов измерения амперметра Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ Цель работы: изучение методов измерения сопротивлений, изучение законов электрического тока в цепях с последовательным и параллельным соединением

Подробнее

Тема 9. Расчет зарядов, энергий и емкостей конденсаторов (2 часа) Емкость. Цепи с конденсаторами. Основные положения и соотношения. Рисунок 9.1. 1. Общее выражение емкости конденсатора: C= Q U.(9.1) 2.

Подробнее

3 Цель работы: знакомство с электроизмерительными приборами. Задача: расчет и подбор шунта для увеличения пределов измерения микроамперметра. Приборы и принадлежности: микроамперметр, источник питания,

Подробнее

Работа 3-4 Измерение сопротивления проводников с помощью амперметра и вольтметра. Цель работы: познакомиться с основными методами измерения сопротивления проводников. Приборы и принадлежности: источник

Подробнее

ЭЛЕКТРОСТАТИКА Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный

Подробнее

Лабораторная работа Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его разряда через резистор Методическое руководство Москва 04 г. Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его

Подробнее

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение

Подробнее

Работа.5 Изучение гальванометра магнитоэлектрической системы Рис.. Оборудование: зеркальный гальванометр, аккумулятор, два магазина сопротивлений, реостаты, цифровой электронный прибор M89G, секундомер,

Подробнее

Элементы электрических цепей Элементы цепи Соединительные элементы (провода) Сопротивление (резистор) Реостат (переменный резистор) Конденсатор Соединительные элементы, показывают на схеме точки, потенциалы

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА МЕТОДОМ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ Цель работы экспериментальное определение электроемкостей конденсаторов.. Теоретические основы работы

Подробнее

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Могилевский государственный университет продовольствия» Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОСТЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ Цель работы: исследование коэффициента передачи и сдвига фаз между силой тока и напряжением в цепях, состоящих из последовательно

Подробнее

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Физический факультет Кафедра общей физики Л а б о р а т о р н ы й п р а к т и к у м п о о б щ е й ф и з и к е (электричество и магнетизм) Яковлев

Подробнее

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 4 Измерение сопротивления на постоянном токе Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИЗМЕРЕНИЕ ОМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ. Цель работы Ознакомление с некоторыми методами измерения активного сопротивления и приборами, служащими для этой цели; приобретение

Подробнее

Лабораторная работа 1 Электрический конденсатор. Цель работы: исследование зависимости заряда конденсатора от разности потенциалов между пластинами. Расчет емкости конденсатора. Изучение процесса зарядки

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ МОСТА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: Ознакомление с методами измерения электрической емкости; изучение устройства и принципа работы моста переменного тока;

Подробнее

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 1 Расширение пределов

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского М.Л. Игольников Лабораторная работа 3A Измерение сопротивлений методом вольтметра-амперметра Ярославль 2009 Оглавление 1. Цель

Подробнее

Лабораторная работа 10 Электрический конденсатор. Цель работы: исследование зависимости заряда конденсатора от разности потенциалов между пластинами. Расчет емкости конденсатора. Изучение процесса зарядки

Подробнее

Раота 3.3 Определение концентрации, подвижности и знака носителей заряда в полупроводниках Оорудование: исследуемый оразец полупроводника, постоянный магнит, аккумулятор, реостаты 500 и 00 Ом, электронные

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 41 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Выполнил студент группы Преподаватель

Подробнее

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВТОРОГО ТУРА ОЛИМПИАДЫ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ 017 /018 учебный год. 9 КЛАСС 1. Принцип действия многих электронных приборов основан на движении электронов в электрическом поле. На рисунке показан

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 04 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ПОМОЩИ ТЕРМОПАРЫ Выполнил студент группы

Подробнее

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна E, её внутреннее сопротивление ничтожно (r = 0). Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА КОМПЕНСАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Подробнее

С1.1. На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра. Используя законы постоянного тока, объясните, как

Подробнее

Лабораторная работа 2.17 ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА. Г.Э. Бугров, В.В. Филимонов Цель работы: изучение кривых зарядки конденсатора при различных параметрах RC электрической цепи

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 55 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Подробнее

Специализированный учебно-научный центр — факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Школа имени А.Н. Колмогорова Кафедра физики Изучение приборов магнитоэлектрической системы 2 Изучение приборов магнитоэлектрической

Подробнее

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ» Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТИКОМ

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА И РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА Выполнил студент

Подробнее

Лабораторная работа 2.02 НАПРЯЖЕНИЕ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА И.А. Анищенко, А.Ю. Пыркин Цель работы: измерение зависимости напряжения на конденсаторе от расстояния между пластинами. Задание: измерить зависимость

Подробнее

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Соединения конденсаторов 1 Всероссийская олимпиада школьников по физике………………. 3 2 Московская физическая олимпиада………………………

Подробнее

Электричество и магнетизм, часть 1 1. Два резистора с сопротивлениями и соединили последовательно и подключили к клеммам батарейки для карманного фонаря. Напряжение на клеммах батарейки равно U. Установите

Подробнее

ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ Составил доц. КФТТ Авдеев Н. А. Цель работы: определение зависимости емкости от величины диэлектрической проницаемости и геометрических размеров диэлектрика. В емкостных датчиках — принцип

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 50 ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Подробнее

Лабораторная работа 2.18 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА. Бугров Г.Э., Филимонов В.В. Цель работы: изучение кривых зарядки конденсатора при различных параметрах RC электрической цепи

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный

Подробнее

Цель работы: познакомиться с одним из методов измерения электрического сопротивления резисторов. Проверить правила сложения сопротивлений при различных способах соединения резисторов. Задача: собрать схему

Подробнее

Лабораторная работа 3 «Определение удельного сопротивления проводника» Цели работы:. Ознакомиться с устройством принципом действия и способом включения стрелочных электроизмерительных приборов. 2. Определить

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.04 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Цель работы Целью работы является изучение законов постоянного электрического тока и ознакомление с компенсационным

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 5 Моделирование электростатических полей Ярославль 2009 Оглавление 1. Цель работы………………………..

Подробнее

Задания очного отборочного тура Отраслевой физико-математической олимпиады школьников «Росатом» Физика, 0 класс, комплект 07 г. Задания. Сосуд разделен на две части закрепленной перегородкой. В одну часть

Подробнее

14. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ. КОНДЕНСАТОРЫ 14.1 Что называется электроемкостью уединенного проводника? 14.2 В каких единицах измеряется электроемкость? 14.3 Как вычисляется электроемкость уединенной сферы, проводящего

Подробнее

Лабораторная работа 6 Изучение правил Кирхгофа 1 Цель работы: изучение правил Кирхгофа; расчёт простых электрических цепей. Приборы и принадлежности: амперметр 3514 3 шт. вольтметр М45МОМ3 3 шт. переключатель

Подробнее

Потенциал 1.60. В однородном электрическом поле с напряженностью Е = 1 кв/м перемещают заряд q = 50 нкл на расстояние l = 12 см под углом = 60 0 к силовым линиям. Определите работу А поля при перемещении

Подробнее

Лабораторная работа 2.01 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ПЛОСКОМ КОНДЕНСАТОРЕ И.А. Анищенко, А.Ю. Пыркин Цель работы: Измерение напряженности электрического поля в плоском конденсаторе с помощью универсального измерительного

Подробнее

189 1) В каждом узле цепи сумма втекающих токов равна сумме вытекающих токов, иными словами, алгебраическая сумма всех токов в каждом узле равна нулю. 2) В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном

Подробнее

Лекция 5. Проводники в электростатическом поле Проводниками называются вещества, в которых имеются свободные заряды, способные перемещаться по всему объему проводника. Проводниками являются все металлы,

Подробнее

Лабораторная работа 5 Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра Цель работы: ознакомление с методами расширения пределов измерений амперметра и вольтметра и создание комбинированных приборов.

Подробнее

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В нём наблюдаются гармонические электромагнитные колебания с периодом Т = 5 мс. В начальный момент времени заряд конденсатора максимален

Подробнее

Лабораторная работа 3-1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ. Цель работы: изучение электростатического поля. Введение. При конструировании электрических электронных

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: определение зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты, а также определение угла сдвига фаз тока

Подробнее

Лабораторная работа 3 Изучение резонанса напряжений и определение индуктивности методом резонанса ЦЕЛЬ РАБОТЫ Определить индуктивность катушки методом резонанса. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Амперметр A 2.

Подробнее

Вечерняя физико — математическая школа при МГТУ им. Н. Э. Баумана Домашнее задание 2 по физике для групп В и Е по курсу электричество и магнетизм Составил Садовников С. В. Текст набирали Баландин Ю.В.,

Подробнее

Иркутский государственный технический университет Кафедра общеобразовательных дисциплин ФИЗИКА Лабораторная работа 3.3. «Определение неизвестных сопротивлений при помощи мостовой схемы» доц. Щепин В.И.

Подробнее

Изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях и определение удельного заряда электрона Цель работы: изучение движения электронов в электрическом и магнитном полях на основе наблюдения

Подробнее

С1.1. На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине

Подробнее

Работа 36 Измерение электродвижущей силы источника тока и градуировка термоэлемента У п р а ж н е н и е Определение ЭДС источника тока методом компенсации Оборудование: нормальный элемент, 3 аккумулятора,

Подробнее

Тренировочный минимум по физике ФИЗИКА Тема Закон сохранения энергии в электрических цепях ВОПРОСЫ Рассматриваем электрические схемы, которые могут содержать батареи, резисторы, конденсаторы и катушки

Подробнее

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИЗУЧЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ

Подробнее

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОТИ КОНДЕНАТОРА ПРИ ПОМОЩИ МОТИКА ОТТИ. Оборудование: звуковой генератор, набор конденсаторов, реохорд, наушники, провода. Описание целей работы Конкретная цель Критерии

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Изучение электропроводности металлов Теоретическое введение Электропроводность металлов Если на концах проводника поддерживается постоянная разность потенциалов, то внутри проводника

Подробнее

профессор, к.т.н Лукьянов Г.Д. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: экспериментально определить

Подробнее

класс Задача Ускорение доски На гладкой горизонтальной поверхности лежит доска длиной L и массой M На краю доски покоится небольшой брусок На брусок начинает действовать постоянная горизонтальная сила,

Подробнее

Юльметов А. Р. Постоянный электрический ток. Электрические измерения Методические указания к выполнению лабораторных работ Оглавление P3.2.4.1. Амперметр как омическое сопротивление в цепи………….

Подробнее

Источник: https://docplayer.ru/43049340-Laboratornaya-rabota-4-opredelenie-emkosti-kondensatora-s-pomoshchyu-ballisticheskogo-galvanometra.html

Определение емкости конденсатора при помощи баллистического гальванометра

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24

Цель работы: измерение емкости конденсатора при помощи баллистического гальванометра, а так же экспериментальная проверка формул параллельного и последовательного соединения конденсаторов.

Теоретическое введение.

Проводник, находящийся в однородной среде вдали от заряженных тел и других проводников, называется уединенным.

Если такому уединенному, ранее не заряженному, проводнику сообщить некоторое количество электричества, то заряды распределятся по его поверхности таким образом, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю.

При этом по поверхности проводника заряды распределятся с различной поверхностной плотностью σ. Новая порция зарядов распределится по поверхности проводника подобно предыдущей, в противном случае в проводнике возникает поле не равное нулю.

Таким образом, при увеличении в N раз заряда q проводника, во столько же раз возрастет и поверхностная плотность заряда σ в любой точке его поверхности, то есть, отношение плотностей в двух произвольных точках поверхности проводника при любой величине заряда будет одно и тоже и характер распределения заряда q будет зависеть только от формы проводника [1].

Потенциал точечного заряда пропорционален величине этого заряда, т.е.

φi ~ qi

Заряд, сосредоточенный на поверхности проводника, представляет собой систему точечных зарядов:

;

Отсюда вытекает, что потенциал уединенного проводника пропорционален находящемуся в нем заряду.

;

Действительно, увеличение в некоторое число раз заряда приводит к увеличению в тоже число раз напряженности поля в каждой точке пространства, окружающего проводник, и в такое же число раз возрастает работа переноса по любому пути единичного заряда из бесконечности на поверхность проводника, т.е. возрастает и потенциал проводника:

; (1)

Коэффициент пропорциональности С между потенциалом и зарядом называется электроемкостью проводника. Из формулы (1) следует, что

; (2)

Электроемкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. В единицах СИ электроемкость измеряется в фарадах. На основании формулы (2)

Уединенные проводники обладают малой емкостью. На практике же бывает потребность в устройствах, которые при небольшом относительно окружающих тел потенциале, накапливали бы на себе («конденсировали») заметные по величине заряды.

В основу таких устройств, называемых конденсаторами, положен тот факт, что электроемкость проводника возрастает при приближении к нему других тел. Дело в том, что при сообщении проводнику заряда q, окружающие его проводники заряжаются через влияние, причем ближайшими к наводящему заряду q оказываются заряды противоположного знака.

Эти заряды несколько ослабляют поле, создаваемое зарядом q, и тем самым они понижают потенциал проводника и согласно выражению (2) повышают его электроемкость.

Конденсаторы делают в виде двух проводников, расположенных близко друг к другу. Образующие конденсатор проводники называют его обкладками.

Чтобы внешние тела не оказывали воздействия на емкость конденсатора, обкладкам придают такую форму и так располагают их друг относительно друга, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми на них зарядами, было сосредоточено внутри конденсатора.

Этому условию удовлетворяют две параллельные пластинки, расположенные близко друг к другу, два коаксиальных цилиндра и две концентрические сферы. Соответственно бывают плоские, цилиндрические и сферические конденсаторы.

Поскольку поле заключено внутри, линии электрического смещения начинаются на одной обкладке и заканчиваются на другой. Следовательно, свободные заряды, возникающие на разных обкладках, имеют одинаковую величину q, но различны по знаку.

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, пропорциональная заряду q и обратно пропорциональная разности потенциалов между обкладками

(3)

Емкость конденсатора измеряется также в фарадах. Величина емкости определяется геометрией конденсатора (формой и размерами обкладок и величиной зазора между ними), а также диэлектрическими свойствами среды, заполняющей пространство между обкладками.

Если напряжение (разность потенциалов) на конденсаторе сделать слишком большим, то конденсатор «пробивается», т.е. между его обкладками возникает искра и конденсатор портится вследствие нарушения изоляции. Поэтому каждый конденсатор характеризуется не только своей емкостью, но еще и максимальным рабочим напряжением.

Для того чтобы располагая определенными конденсаторами осуществить желаемую емкость при нужном рабочем напряжении, конденсаторы соединяют в батареи.

Описание установки.

Измерение емкости конденсатора может быть произведено несколькими принципиально различными способами.

В настоящей работе в основу измерения емкости положено электростатическое соотношение между зарядом q, и его емкостью С и разностью потенциалов на конденсаторе φ1-φ2.

Это соотношение можно применить к двум конденсаторам, заряженным до одинаковой разности потенциалов φ1-φ2. Тогда, при условии, что емкость одного конденсатора известна, можно производить сравнение емкости по сравнению зарядов этих конденсаторов:

;

В данной работе сравнение зарядов конденсатора выполняется с помощью баллистического метода.

Баллистический гальванометр применяется для измерения количества электричества, протекающего в цепи за малый промежуток времени (разряд конденсатора, мгновенный индукционный ток и т.д.)

Баллистический гальванометр – прибор магнитоэлектрической системы. Его подвижная система состоит из рамки или катушки, свободно подвешенной на тонкой металлической нити в магнитном поле постоянного магнита (рис.1).

Измерение количества электричества основано на наблюдении углов поворота рамки. При отсутствии тока в рамке плоскость последней располагается параллельно силовым линиям поля.

При протекании через рамку заряда, последняя поворачивается таким образом, чтобы число силовых линий, пронизывающих площадь, охватываемую рамкой, было наибольшим, то есть рамка стремится стать перпендикулярно первоначальному положению (рис. 2).

Этот поворот рамки обусловлен вращающим моментом, действующим на рамку со стороны магнитного поля.

Поскольку время протекания заряда по рамке мало, то подвижная система, момент инерции которой искусственно увеличен, за время это время не успеет выйти из положения равновесия, так как время протекания заряда мало по сравнению с периодом собственных колебаний системы.

Рис. 1 Рис. 2

При этом крутящий упругий момент нити подвеса практически равен нулю и рамка находится под действием вращающего момента со стороны магнитного поля.

Учитывая сказанное можно доказать, что между q – количеством электричества, проходящим через обмотку нити гальванометра, и углом α – первым (он же будет максимальным) отклонением от ее положения равновесия существует прямая пропорциональная зависимость

; (4)

где, В – баллистическая постоянная гальванометра.

Искусственное увеличение момента инерции подвижной системы баллистического гальванометра достигается скреплением с последней массивного кольца M (рис. 3).

Если известно q, то измерив αmax можно определить В. Максимальное отклонение подвижной системы гальванометра определяют при помощи осветителя со шкалой. Луч света осветителя попадает на зеркало, скрепленное с рамкой гальванометра, и после отражения от него падает на шкалу.

При отсутствии тока в гальванометре отраженный луч (световой указатель) должен совпадать с нулевой отметкой на середине шкалы. Прошедший через гальванометр заряд вызовет отклонение подвижной системы на угол αmax. Этот угол αmax связан с максимальным отклонением светового указателя по шкале nmax (рис. 4) следующим соотношением:

; (5)

где l – расстояние от зеркала гальванометра до шкалы. В данной работе l – величина постоянная. Так как угол отклонения подвижной системы очень мал, то значение тангенсов угла можно заменить соответствующей величиной самого угла

; (6)

Следовательно

; (7)

Подставляя это выражение для αmax в уравнение (4), получим:

; (8)

Выражение называется баллистической постоянной всей установки Кб. Таким образом,

; (9)

Отсюда

; (10)

Практически Кб можно определить разряжая через баллистический гальванометр конденсатор известной емкости С0, заряженный до известной разности потенциалов U и, следовательно, содержащий заряд

; (11)

Возникшее при разрядке конденсатора крутильные колебания подвижной системы гальванометра будут затухать довольно медленно, световой указатель будет долго бегать в ту и другую сторону от нулевой отметки. Чтобы успокоить колебания рамки гальванометра, параллельно ей включают некоторое сопротивление.

Возникающая в рамке при ее колебаниях в магнитном поле ЭДС индукции вызовет появление соответствующего индукционного тока, который, согласно правилу Ленца, будет противодействовать движению рамки.

Дополнительно сопротивление рассчитывается так, чтобы подвижная система после максимального отклонения медленно, по периодическому закону, возвращалась к начальному положению. Полное сопротивление цепи в этом случае называется критическим.

Для определения емкости конденсатора при помощи баллистического гальванометра вначале нужно определить баллистическую постоянную установки — Кб. Для этого собираю цепь, схема которой представлена на рис. 5.

К зажимам источника постоянного напряжения Б подключают потенциометр R. Напряжение, снимаемое с потенциометра, измеряется вольтметром V. К средним клеммам переключателя подключают конденсатор известной емкости С0. При зарядке конденсатора переключатель ставят в такое положение, чтобы клеммы a1, a2 были соединены с клеммами б1, б2.

Затем ставят переключатель в такое положение, чтобы клеммы a1, a2 были соединены с клеммами в1 ,в2 , разряжая тем самым конденсатор через гальванометр. В зависимости от величины заряда q, находящегося на пластинах конденсатора, световой указатель будет отброшен до определенного деления nmax шкалы.

Заряд q, накапливаемый на пластинах конденсатора, можно подсчитать по формуле:

;

где С0 – емкость эталонного конденсатора;

U – напряжение на его зажимах.

Тогда баллистическую постоянную Кб можно подсчитать так:

; (12)

После определения баллистической постоянной Кб эту же установку можно использовать для определения емкости конденсатора. Для этого к клеммам a1, a2 вместо эталонного подключается испытуемый конденсатор С. Расчет ведут по формуле:

; (13)

здесь Кб – баллистическая постоянная установки;

nmax – максимальное отклонение светового указателя при разрядке испытуемого конденсатора;

U – напряжение на его зажимах.

Источник: https://poisk-ru.ru/s10624t3.html

Определение емкости конденсатора с помощью баллистического гальванометра

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет имениФ.Скорины»

Физический факультет

Отчет по лабораторной работе

Определение емкости конденсатора с помощью

баллистического гальванометра

Выполнил:

Студент группы Ф-22

Кизенков Дмитрий

Гомель 2005

Лабораторная работа

Определение емкости конденсатора с помощьюбаллистического гальванометра

Цель: изучить принцип работы баллистического гальванометра,определить баллистическую чувствительность и найти емкость неизвестногоконденсатора.

Приборы ипринадлежности:баллистический гальванометр, источник постоянногонапряжения, реостат, вольтметр, эталонный и исследуемые конденсаторы,переключатель, ключи.

Основные формулы:

                                                        — баллистическая чувствительность

                                                      — деления на баллистическом гальванометре

                                    — ёмкость конденсатора

                                — напряжение

Выполнение работы.

1. Собрал электрическую цепь, включивв неё эталонные конденсаторы известной емкости.

2. С помощью реостата установилнекоторое значение напряжения, подаваемого на конденсатор.

3. Замкнул заряженный конденсатор нагальванометр и зафиксировал деление шкалы, соответствующее максимальномуотклонению светового указателя от положения равновесия.

4. Повторил пункт 3 несколько раз и,найдя среднее значение показаний гальванометра, определил его баллистическуюпостоянную.

5. Вместо эталонного конденсаторавключил в цепь конденсатор неизвестной емкости. Зафиксировал максимальноеотклонение светового указателя при разрядке этого конденсатора. Используязначение баллистической постоянной гальванометра определил емкость исследуемогоконденсатора.

6. Экспериментально определил емкостьдругого конденсатора, а также емкость двух конденсаторов при ихпоследовательном и параллельном соединении.

7. Оценил погрешность измерений исопоставил экспериментальные результаты с расчетными значениями емкостейконденсаторов при их параллельном и последовательном соединении. 

Упражнение 1. Определение баллистической постоянной гальванометра.

Обработка результатоввычисления баллистической постоянной гальванометра.

Таблица 1.

,     Ф     ,     В      ,        дел       ,   дел / Кл      ,  дел / Кл
  0,28 10-6        6         8   4,66 106
         7,5
          8
         7,9
         7,8

Вычисление погрешности

  ∆     Sα=∆α
1.    8-0,160,0256  0,093  0,26  0,057,84±0,26
2.    7,5 0,340,1156
3.      8-0,160,0256
4.    7,9-0,060,0036
5.    7,8 0,040,0016
  7,84   0 0,172   2,8        0,26   ε = 3,3%

Упражнение 2.Определениеемкости неизвестного конденсатора.

Обработка результатоввычисления емкости неизвестных конденсаторов.

Конденсатор №5

Таблица 2.

       , дел / Кл      ,      В       ,        дел      ,      Ф      ,      Ф
      ±       6        2,5
        2,5
        2,4
        2,6
        2,5

Вычисление погрешности

Источник: https://vunivere.ru/work22752

1 1 доцент, к.т.н. В. А. Паненко Работа №3-5: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА ПОСРЕДСТВОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА Студент группы Допуск Выполнение_ Защита Цель работы:

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

Книги по всем темам 1 доцент, к.т.н. В. А. Паненко Работа №3-5:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА ПОСРЕДСТВОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА Студент группы Допуск Выполнение_ Защита Цель работы: познакомиться с теорией баллистического гальванометра, определить емкость конденсатора и проверить основные законы соединения конденсаторов.

Приборы и принадлежности: баллистический гальванометр М-25, источник постоянного напряжения на 4 В, реостат на 30 Ом, вольтметр на 15 В, конденсатор (эталон емкости) на 0,1 мкФ, два измеряемых конденсатора неизвестной емкости, двухполюсный ключ.

Определение емкости конденсатора баллистическим методом Измерение емкости конденсатора может быть произведено несколькими принципиально различными способами.

В данной работе в основе измерения емкостей лежит электростатическое отношение между зарядом конденсатора, его емкостью и разностью потенциалов. Для двух конденсаторов, заряженных до одной и той же разности потенциалов, выполняется соотношение q2 C2 = C1.

q1 Следовательно, если С1 известно, то, определив q1 и q2, можно вычислить неизвестную емкость С2. Такой способ относительных измерений емкости и положен в основу данной работы.

Наиболее ответственная часть задачи — измерение величины заряда или сравнение зарядов двух конденсаторов. В данной работе сравнение зарядов двух конденсаторов выполняется баллистическим методом.

Гальванометр, предназначенный для измерения небольшого количества электричества, протекающего по цепи за промежуток времени, малый по сравнению с периодом собственных колебаний, называется баллистическим. Он представляет собой разновидность гальванометра магнитоэлектрической системы.

От обычного зеркального, баллистический гальванометр отличается большим моментом инерции подвижной системы. Увеличение момента инерции подвижной системы приводит к увеличению собственного периода ее колебаний.

Кратковременный ток сообщает подвижной системе толчок (удар — отсюда и название — баллистический), который служит причиной возникновения крутильных колебаний системы. Чтобы колебания носили характер свободных, необходимо, чтобы время действия тока на катушку было меньше собственного периода колебаний.

При этом условии величина первого отклонения подвижной системы пропорциональна количеству прошедшего через катушку электричества. За время протекания тока, которое очень мало, противодействующий момент закручивания нити можно считать равным нулю, т.к.

система не успевает при большом моменте инерции сдвинуться с места. Следовательно, можно считать, что подвижная система за это время будет находиться только под действием вращающего момента М1 обусловленного током.

Из механики известно, что импульс момента силы равен изменению момента импульса системы, т.е.

M1 dt = I d, (1) Mгде -мгновенное значение вращающего момента, действующего на подвижную систему гальванометра; I — момент инерции подвижной системы гальванометра относительно оси ее вращения; d — изменение угловой скорости системы за время dt.

На рамку, обтекаемую током и помещенную в магнитное поле, действует пара сил, вращающий момент которых определяется по формуле M1 = B n i S sin (2) где B — индукция магнитного поля; n — число витков на рамке;

S — площадь витка; — угол между нормалью к площадке и направлением линий поля; i — сила тока.

Так как линии магнитного поля, в котором вращается рамка прибора данной системы, составляет с нормалью к площадке угол 90° при всех положениях рамки, то вращающий момент не будет зависеть от положения рамки и будет иметь наибольшее значение:

M1 = B n i S.

Сравнивая (I) и (2), имеем:

B n i S dt = I d Интегрируя данное выражение, получим:

t t B n S i dt = I d 0 или B n S q = I t.

Отсюда находим B n S t = q = k1 q, I t kгде — угловая скорость, которую приобретает подвижная система к моменту прекращения тока; постоянная для данного прибора.

Кинетическая энергия, полученная системой в результате действия тока I t2 k12 I qWk = =. (3) 2 Вращение катушки будет продолжаться до тех пор, пока вся эта кинетическая энергия не перейдет в потенциальную энергию закрученной нити подвеса. В этот момент подвижная система остановится, повернувшись на угол max.

M Рассчитаем потенциальную энергию закрученной нити подвеса. Противодействующий момент, создаваемый нитью при закручивании на угол, по закону Гука равен M = k, (4) kгде — коэффициент, зависящий от упругих свойств нити подвеса. Элементарная работа dA,затраченная на закручивание нити на угол :

dA = M d.

На основании выражения (4) полная работа, затраченная на закручивание нити на угол max:

max k2 max A = k2 d = 2. (5) Это и есть величина потенциальной энергии закрученной нити подвеса подвижной системы прибора.

Приравнивая правые части выражений (3) и (5), получим:

k12 I q2 k2 max A = =, 2 Отсюда величина заряда 1 kq = max = k max, (6) k1 I k1 kгде, — постоянные для данного прибора. Таким образом, доказано, что величина первого угла отклонения (отброса) подвижной системы пропорциональна количеству электричества, прошедшего через гальванометр.

max формулой Можно показать, что угловое смещение прибора выражается для малых углов nmax max =, 2 D где n- число делений, на которое отклонится «зайчик» по шкале гальванометра; D — расстояние от зеркала до шкалы(рис. 1). Следовательно, выражение (6)' можно переписать так k q = nmax = Kб nmax.

(7) 2 D Величина K называется баллистической постоянной и обычно измеряется в Кл/мм.

Вывод. Величина наибольшего отклонения «зайчика» по шкале (отброс) пропорциональна количеству электричества, прошедшего через гальванометр.

Последнее уравнение не совсем точное, так как при выводе его не учитывались потери энергии на сопротивление воздуха. Однако практически это уравнение дает хорошие результаты.

Чтобы быстрее успокоить крутильные колебания подвижной системы, часто параллельно обмотке катушки вводят небольшое сопротивление и ключ.

Если ключ замкнуть в момент, когда «зайчик» проходит через нуль шкалы, то колебания прекратятся.

Это происходит потому, что в катушке, вращающейся в магнитном поле постоянных магнитов, возникает ЭДС индукции, которая (согласно правилу Ленца) будет противодействовать движению катушки.

Во многих приборах параллельно подвижной системе включают сопротивление (шунт) без ключа. Оно рассчитано так, чтобы сделать движение подвижной системы апериодическим. Такое сопротивление называется критическим, оно порядка нескольких тысяч Ом, при этом чувствительность гальванометра понижается.

Упражнение I. Определение баллистической постоянной 1. Включить тумблер «Сеть» и тумблер на источнике питания осветителя.

2. На вольтметре потенциометром R установить заданное преподавателем значение напряжения до 4 В (см. рис. 1).

3. Поставить переключатель емкости в положение Сэ = 0,1 мкФ.

4. Поставить тумблеры S1- в положение “заряд”, а S2 – “выкл”.

5. Установить «зайчик» на гальванометре на нуль, перемещая каретку отсчетной шкалы.

6. Переключить S1 в положение “измерение” и снять максимальное значение отклонения «зайчика» гальванометра на шкале.

7. Переключить S2 в положение ВКЛ, «зайчик» установится на нуль шкалы.

nmax 8. Повторить измерения 3 раза и определить среднее значение. Вычислить баллистическую постоянную:

Cэ U Kб = < nmax > Упражнение 2. Определение емкостей двух неизвестных конденсаторов и проверка формул последовательного и параллельного соединения конденсаторов 1. Включить емкость Cx2. Включить S1 в положение “заряд” и затем переключить в положение «Измерение». Записать величину максимального отброса «зайчика» по шкале. Замкнуть ключ S2, когда «зайчик» проходит через нуль шкалы.

3. Измерения провести 3 раза.

4. Определить емкость конденсатора CxKб < nmax >< Cx >= U Аналогичные измерения и расчет провести для второго конденсатора Cx2.

5. Включить конденсаторы Cx1, Cx2 параллельно и последовательно, повторить операции измерения п. 2-4.

6. Сравнить результаты измерения емкостей при последовательном и параллельном соединении с их значениями, вычисленными по формулам последовательного и параллельного соединения. Результаты занести в следующую таблицу:

Таблица Измеряемый Послед. Паралл.

c c n1 n2 n3 nmax k cx1 cxx1 x c = c + c объект c1 = 2 x1 x соед. соед.

c + c x1 x cx1, cx2 cx1, cxЭталонный конденсатор * * * * * * CКонденсатор Cx* * * * * * Конденсатор Cx* * * * * * Последоват.

cоединение * * * * * Паралельное соединение * * * * * Зеркало подвижной системы гальванометра 2max D ЛУЧ Световое пятно “ЗАЙЧИК” nmax Шкала гальванометра Осветитель Рис.Контрольные вопросы 1.В каких единицах измеряется электроёмкость Дайте определение этих единиц и выведите соотношение между ними.

2.От каких величин зависит ёмкость плоского, цилиндрического и шарового конденсаторов 3.Что понимают под ёмкостью проводника, конденсатора 4.Объясните устройство и принцип действия баллистического гальванометра.

5.Какой физический смысл баллистической постоянной Единицы её измерения.

6.Сформулируйте основные законы последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

Книги по всем темам

Источник: http://knigi.dissers.ru/books/1/5977-1.php

а) Определение баллистической постоянной гальванометра

Определение емкости конденсатора посредством баллистического гальванометра. Паненко В.А.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

Кафедра физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.02

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Москва 2005 г.

Лабораторная работа № 2.02

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: ознакомление с принципом работы баллистического гальванометра и измерения емкости конденсаторов баллистическим методом.

ВВЕДЕНИЕ

Опыт показывает, что разные проводники, заряженные одним и тем же количеством электричества, имеют разные потенциалы. Увеличение заряда, например, уединенного проводника, вызывает прямо пропорциональное возрастание его потенциала.

. (1)

Коэффициент пропорциональности, равный отношению накопленного заряда к потенциалу, называется электроемкостью проводника.

. (2)

Электроемкость характеризует свойство проводников накапливать электрический заряд. Из соотношения (2) видно, что электроемкостьуединенного проводника есть физическая величина, численно равная заряду, который необходимо сообщить проводнику, чтобы увеличить его потенциал на единицу.

Единицей электроемкости является фарад (Ф).

Электроемкость уединенного проводника зависит от его размеров, формы и диэлектрических свойств окружающей среды.

В природе, однако, практически не существует уединенных проводников, а наличие вблизи проводника других тел изменяет его электроемкость. Действительно, под действием поля, создаваемого проводником А (рис. 1), на поднесенным к нему теле В возникают индуцированные заряды.

Причем заряды противоположные по знаку заряду проводника А располагаются ближе к проводнику А и, следовательно, оказы-вают большее влияние на его потенциал. В связи с этим потенциал проводника А уменьшается, а его электроемкость, в соответствии с формулой (2), увеличива-ется.

Однако можно осуществить систему проводников с электроемкостью практи-чески не зависящей от окружающих тел. Такая система называется конденсатором.

Электрический конденсатор представляет собой два металлических электрода (в конденсаторах их называют обкладками), разделенных слоем диэлектрика. В качестве обкладок обычно используется тонкая металлическая фольга, а диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Способность конденсатора накапливать энергию в форме электростатического поля характеризуется величиной его емкости.

Электроемкостью конденсатора называется физическая величина, равная отношению заряда конденсатора q к разности потенциалов между его обкладками

. (3)

Величина электроемкости конденсатора зависит от формы и размеров обкладок, расстояния между ними и диэлектрических свойств среды, заполняющей пространство между обкладками. Внешние тела не оказывают влияния на величину электроемкости конденсатора, так как электрическое поле конденсатора сосредоточено внутри него.

Простейшим конденсатором является плоский конденсатор,состоящий из двух плоскопараллельных металлических пластин, линейные размеры которых много больше расстояния между ними.

Пусть площадь каждой из пластин равна S (рис.2). На одну пластину помещен заряд (+q), на другую — (-q).

Если пластины достаточно велики, то в этом случае можно пренебречь «краевыми» эффектами — распределениями зарядов и конфигурациями полей вблизи их краев. Тогда заряды распределяются по внутренним поверхностям пластин практически равномерно, с постоянной поверхностной плотностью . Разность потенциалов между обкладками равна интегралу от напряженности поля, взятому по любому пути между ними:

. (4)

Поле, созданное двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными разноименно с одинаковыми плотностями, является однородным, и его напряженность равна (e-диэлектрическая проницаемость находящегося между пластинами диэлектрика).

Напряженность поля в пространстве, окружающем пластины, можно

считать равной нулю, если пренебречь краевыми эффектами. Интегрируя вдоль

силовой линии (которые ортогональны пластинам), получаем:

. (5)

Отсюда находим емкость плоского конденсатора:

. (6)

Во многих случаях для получения нужной емкости конденсаторы объединяют в группу, которая называется батареей. Емкость батареи конденсаторов зависит от схемы соединения составляющих ее конденсаторов. Различают два типа соединения: последовательное (рис.3а) и параллельное (рис.3b). Возможен также и смешанный тип соединения конденсаторов в батарею.

Если конденсаторы соединены последовательно, то емкость батареи определяется соотношением

. (7)

При параллельном соединении емкость батареи определяется формулой

. (8)

Используя формулу (3), можно определить электроемкость конденсатора, если известна разность потенциалов между обкладками конденсатора и его заряд. Заряд конденсатора можно измерить при помощи зеркального гальванометра, работающего в баллистическом режиме.

Главной частью баллистического гальванометра (см. рис. 4) является подвешенная на вертикальной нити рамка 1, помещенная в поле постоянного магнита. Рамка помещена между полюсами постоянного магнита.

Укрепленное на нити зеркальце 2 служит для измерения угла поворота g рамки, определяемого по смещению светового «зайчика» на шкале (луч света от лампочки 3 отражается от зеркала 2 и попадает на шкалу 4).

К рамке прикреплен полый цилиндр 5, который сильно увеличивает момент инерции и, следовательно, период колебаний подвижной системы, не очень ее утяжеляя.

При замыкании обкладок заряженного конденсатора на баллистический гальванометр по рамке в течение короткого промежутка времени протечет заряд q, накопленный конденсатором, то есть возникает электрический ток.

Известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера

где I – сила тока в проводнике, l – длина проводника, B – индукция магнитного поля, g — угол между вектором и направлением тока в проводнике.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

На контур с током в магнитном поле (рис. 5) будет действовать пара сил Ампера которые создают вращающий момент относительно оси b:

(9)

где l — длина, a — ширина контура, — его площадь.

Если рамка имеет N витков, то тогда вращающий момент будет определяться соотношением:

, (10)

где .

Как уже было отмечено выше, период собственных колебаний баллистического гальванометра благодаря искусственному увеличению момента инерции рамки оказывается очень большим (порядка десяти секунд).

Если пропускать через рамку гальванометра короткий импульс тока, то можно считать, что весь ток успеет пройти при неотклоненном положении рамки.

Рамка, однако, при этом получает толчок, в результате которого возникает движение, которое можно описать с помощью уравнения:

где J — момент инерции рамки, — угловое ускорение.

или, с учетом (10)

. (11)

Для определения заряда, прошедшего через рамку, необходимо проинтегрировать уравнение (11).

(12)

После интегрирования имеем:

, (13)

где – угловая скорость, которую приобретает рамка к моменту прекращения тока.

В дальнейшем, после прекращения тока, в соответствии с законом сохранения энергии кинетическая энергия рамки перейдет в потенциальную энергию упругой деформации нити, где k —

коэффициент, учитывающий упругие свойства нити, а gm – максимальный угол

поворота рамки.

Таким образом,

(14)

Из уравнений (13) и (15) следует, что

(15)

Из рис.4 видно, что максимальный угол поворота рамки am ~ n , где n – число делений, на которое смещается световой «зайчик» по шкале прибора. С учетом этого формулу (15) можно представить в виде:

(16)

Величина A называется баллистической постоянной гальванометра и зависит от конструкции прибора.

Соотношение (3) для экспериментального определения емкости конденсатора с помощью баллистического гальванометра с учетом выражения (16) для заряда, накопленного в конденсаторе, имеет вид:

(17)

где A — баллистическая постоянная гальванометра, n — максимальное смещение светового «зайчика» по шкале гальванометра, U — разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Порядок выполнения работы

а) Определение баллистической постоянной гальванометра.

1. Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 6, включив в нее для определения баллистической постоянной А эталонный конденсатор.

2. Включить осветитель гальванометра и установить световой «зайчик» на нулевой отметке.

3. Поставить переключатель II в положение 1 для зарядки эталонного конденсатора от источника постоянного напряжения.

4. Замкнуть ключ К.

5. При помощи потенциометра R установить разность потенциалов на конденсаторе, равную 0,1 В.

6. Переключив переключатель П в положение 2, разрядить конденсатор через баллистический гальванометр G и измерить при этом по шкале гальванометра первый отброс светового «зайчика» — n.

7. Повторить опыт не менее трех раз, каждый раз увеличивая разность потенциалов на определенную величину, например на 0.1 В.

Результат измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

U, B n, дел. Cэт, Ф А, ,

б) Определение емкости конденсаторов.

1. Заменить эталонный конденсатор одним из конденсаторов неизвестной емкости.

2. Провести измерение первого отброса светового “ зайчика “ n для трех различных значений разности потенциалов на конденсаторе. Результаты занести в таблицу 2.

3. Провести аналогичные измерения с конденсатором неизвестной емкости С2.

Таблица 2.

  U, B   n   C, Ф   ,Ф
  С1
  С2
Последовательное соединение
Параллельное соединение

4. Провести измерение, включив конденсаторы С1 и С2 сначала последовательно, а затем параллельно. Результаты измерений также занести в таблицу 2.

Обработка результатов измерений

1. Пользуясь формулой (17) определить баллистическую постоянную гальванометра А для каждого измерения и вычислить ее среднее значение.

2. По данным таблицы 2, используя формулу (17), определить значения емкостей конденсаторов С1 и С2, а также значения емкости батарей конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении.

3. Сравнить результаты опыта с результатами вычислений емкости батарей конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении по формулам (7) и (8).

Контрольные вопросы

1. От чего зависит электроемкость уединенного проводника? Выведите формулу для расчета емкости уединенной проводящей сферы.

2. Почему наличие вблизи проводника других тел изменяет его электроемкость?

3. Почему электроемкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него других тел?

4. Что называется электроемкостью конденсатора и от чего она зависит. Выведете формулу для расчета емкости плоского конденсатора.

5. Чему равна емкость батареи конденсатора при параллельном и последовательном их соединении?

6. Расскажите об устройстве и принципе действия баллистического гальванометра.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, книга 2. Электричество и магнетизм.- М.: «Наука». 2003 г.

2. Детлаф А.А., Яворский В. М. Курс физики. М.: «Высшая школа», 1999 г.

3. Калашников С.Г. Электричество.- M.: Физматлит, 2004 г.

4. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: «Высшая школа», 2003г.

Дата добавления: 2017-04-14; просмотров: 2055 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Источник: https://lektsii.org/16-69973.html

Biz-books
Добавить комментарий