2015-05-10
1211
Опытным путем определить емкость исследуемого конденсатора.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.
Конденсатором называется прибор, служащий для накопления электрических зарядов и электрической энергии.
Конденсатор представляет собой два проводника расположенных как можно ближе друг к другу, а между ними располагается диэлектрик.
Два проводника, в которых накапливаются заряды, называются обкладками конденсатора (см. рис.1).
рис. 1
При сообщении обкладкам заряда 
и 
между обкладками создается напряжение U. Заряд q, сообщаемый обкладкам прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора:
Величина С, называется электроемкостью конденсатора. Она не зависит от внешних условий, а определяется лишь формой и размерами конденсатора и родом диэлектрика между его обкладками.
Конденсаторы бывают постоянной и переменной емкостью. Диэлектрик увеличивает емкость конденсатора, не дает зарядам нейтрализоваться. Накопление заряда на обкладках конденсатора называется его зарядкой.
|
|
|
Нейтрализация зарядов конденсатора при соединении его обкладок проводником называется разрядкой конденсатора. Чтобы зарядить конденсатор нужно соединить его обкладки с двумя полюсами источника электрической энергии.
Если замкнуть ключ К (рис.2), то конденсатор зарядится. Для разрядки конденсатора надо его обкладки соединить проводником. Так при замыкании ключа К (рис.3), заряды с положительно заряженной обкладки будут переходить на отрицательно заряженную обкладку до полной нейтрализации заряда конденсатора. Миллиамперметр включенный в цепь покажет, что по проводникам пойдет кратковременный электрический ток разрядки конденсатора. Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного тока, то стрелка миллиамперметра всякий раз будет отклоняться, по шкале на одно и то же число деление. Для конденсаторов другой емкости отклонение стрелки будет иным. Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что емкость эталонного конденсатора 
прямо пропорциональна числу делений 
, на которое отклоняется стрелка миллиамперметра:
Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности:
,
выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению. Зная коэффициент, можно по отклонению стрелки миллиамперметра определить емкость любого другого конденсатора, повторив с ним описанный опыт. Так, если при включении конденсатора неизвестной емкости Сх отклонение стрелки миллиамперметра составило 
делений то
Cx = Kср× nx
|
|
2. ХОД РАБОТЫ.
1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.3, включив в нее источник постоянного тока, конденсатор известной емкости (эталонный конденсатор), миллиамперметр и однополюсной переключатель.
|
|
|
рис. 3
2. Зарядите конденсатор. Для этого соедините его на короткое время с источником тока. Переключатель К включается в положение 1. Затем, выждав 5-10 секунд и сосредоточив внимание на стрелке миллиамперметра, быстро переключите в положение 2 и зафиксируйте по шкале максимальное отклонение стрелки прибора, отсчитывая на глаз десятые доли деления.
3. Опыт повторите 3 раза.
4. Повторите все измерения по пункту 2 со вторым эталонным конденсатором.
5. По полученным 6-ти значениям К вычислите среднее значение коэффициента пропорциональности 
.
6. Все данные опытов, выполненные согласно п.п. 2 и 3 занесите в таблицу 1.
Таблица 1
| №№ опытов | Емкость эталонного конденсатора. | Число делений по шкале миллиамперметра. | Коэффициент пропорциональности. | Среднее значение коэффициента пропорциональности |
|
| 
| К |
| |
| мкФ | дел. | мкФ \дел. | мкФ\дел. | |
7. В цепь (см. рис.3) включите вместо эталонного конденсатора конденсатор неизвестной емкости.
8. Повторите 5 раз с неизвестным конденсатором опыт описаний в пункте 2. В каждом опыте фиксируйте число делений , на которые отклоняется стрелка миллиамперметра. В каждом случае определите емкость неизвестного конденсатора по формуле:
Cx = Kср× nx
9. Все результаты 5-ти опытов с неизвестным конденсатором занесите в таблицу 2. Вычислите среднее значение величины 
, а так же абсолютную и относительную погрешность опытов.[8]
10. Сделать вывод о проделанной работе[9].
Таблица 2.
| № № опытов | Число делений по шкале миллиамперметра | Величина емкости исследуемого конденсатора | Среднее значение емкости | Абсолютная погрешность | Относит Погрешности опытов | |
| 
| 
| D 
| D
| 
| |
| дел. | мкФ | мкФ | мкФ | мкФ | % | |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ.
1. Что называется электрической емкостью проводника? Какая формула выражает сущность этого понятия?
2. Единица емкости в СИ. Как формулируют определение этой единицы?
3. От чего зависит электроемкость проводника?
4. Что называют конденсатором? Зарядом конденсатора? Емкостью конденсатора? По какой формуле вычисляют емкость конденсатора?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.
5. Последовательное, параллельное, смешанное соединение конденсаторов (схема, формулы).
6. Энергия заряженного конденсатора (определение, формула).
Лабораторная работа № 6.
