2020-10-10
348
Практическая работа №1
«Расчет электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении конденсаторов»
Цель: закрепить знания методов расчета электрической емкости и зарядов конденсаторов при их последовательном, параллельном и смешанном соединении.
Теоретические сведения
Электрический конденсатор — это система из двух проводников (обкладок, пластин), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводников.
Конденсаторы обладают свойством накапливать на своих обкладках электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку.
Виды конденсаторов: воздушный, бумажный, слюдяной, электростатический.
Электрический заряд q каждой из обкладок пропорционален напряжению U между ними:
Величину С, равную отношению заряда одной из обкладок конденсатора к напряжению между ними, называют электрической емкостью конденсатора и выражают в фарадах (Ф).
Емкость конденсатора зависит от геометрических размеров, формы, взаимного расположения и расстояния между обкладками, а также от свойств диэлектрика.
Конденсаторы могут быть соединены последовательно, параллельно и смешанно (последовательно-параллельно).
Последовательное соединение
При таком соединении на обкладках всех конденсаторов будут одинаковые по величине заряды:
Напряжения на конденсаторах будут различны, так как они зависят от их емкостей:
; 
… 
Общее напряжение:
Общая, или эквивалентная, емкость
или 
Параллельное соединение
При параллельном соединении напряжение на всех конденсаторах одинаковое.
Заряды на обкладках отдельных конденсаторов при различной их емкости:
, 
…. 
Заряд, полученный всеми параллельно соединенными конденсаторами:
Общая (эквивалентная) емкость:
Задание 1
Определить эквивалентную емкость батареи конденсаторов, соединенных по схеме, при соответствующих положениях ключей.
| Вариант | Положение ключей | С1, мкФ | С2, мкФ | С3, мкФ | С4, мкФ | С5, мкФ | С6, мкФ
| С7, мкФ
| ||
| К1 | К2 | К3 | ||||||||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 2 | 1 | 3 | 1 | 3 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 0 | 0 | 3 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 3 |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 0,5 |
| 4 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 3 | 2 | 1 |
| 5 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1 | 2 | 2 |
| 6 | 1 | 0 | 1 | 0,5 | 3 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 2 | 3 | 3 | 0,5 | 1 | 1 | 2 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 3 | 3 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0,5 | 1 | 3 | 3 | 0,5 | 2 |
| 10 | 0 | 0 | 1 | 1 | 3 | 1 | 2 | 2 | 3 | 2 |
Задание 2
Для случая, когда ключи К1, К2 и К3 разомкнуты, найти заряды на каждом конденсаторе и общий заряд схемы.
| № варианта | С2, мкФ | С3, мкФ | С4, мкФ | С7, мкФ | U2,B | U3,B | U4,B | U7,B |
| 1 | 5 | 10 | 2 | 4 | 10 | 10 | 25 | 25 |
| 2 | 3 | 2 | 4 | 5 | 20 | 25 | 15 | 10 |
| 3 | 4 | 5 | 3 | 2 | 30 | 20 | 40 | 50 |
| 4 | 5 | 4 | 4 | 5 | 40 | 50 | 50 | 40 |
| 5 | 4 | 4 | 10 | 3 | 50 | 30 | 20 | 40 |
| 6 | 6 | 5 | 12 | 4 | 30 | 20 | 12 | 4 |
| 7 | 10 | 13 | 8 | 5 | 40 | 25 | 50 | 65 |
| 8 | 8 | 4 | 4 | 8 | 10 | 20 | 20 | 10 |
| 9 | 20 | 8 | 6 | 5 | 15 | 25 | 50 | 40 |
| 10 | 2 | 7 | 2 | 3 | 50 | 30 | 50 | 70 |
