Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

Цель работы: Изучение параллельного и последовательного соединений конденсаторов. Измерение емкости конденсаторов. Получение навыков работы с электроизмерительным прибором в баллистическом режиме.

Приборы и принадлежности: установка для измерения емкости конденсатора.

Методика и техника эксперимента

В лабораторной работе проводится измерение электроемкости конденсаторов. Как известно, электроемкость определяется в соответствии с формулой:

С = . (1.14)

Для нахождения величины ёмкости нужно измерить заряд и напряжение на обкладках конденсатора.

Используемая в работе измерительная установка состоит из двух блоков:

В блоке 1 находятся выпрямитель и конденсаторы с неизвестными емкостями Сх1, Сх2, Сх3, Сх4, Сх5. На лицевой панели блока размещены вольтметрV, регулятор Р выходного напряжения выпрямителя, переключатели П1 и П2, клеммы U и Cх. На верхней грани блока находится группа ключей К.

В блоке 2 находится эталонный конденсатор с известной емкостью Сэ = 5 мкФ. На передней панели блока расположены микроамперметр, переключатели П3, П4, П5 и клеммы U и Сх. Клеммы U блока 1 соединены проводниками с клеммами U блока 2. Таким же образом соединены клеммы Сх.

 

 

Принципиальная электрическая схема измерительной установки представлена ниже.

В качестве источника тока в установке используется выпрямитель В. Регулятор Р (потенциометр) позволяет изменять напряжение, подаваемое на конденсатор. Величина напряжения измеряется вольтметром. Сэ – эталонный конденсатор, Сх – конденсатор неизвестной емкости или батарея конденсаторов.

Для работы с эталонным конденсатором переключатель П3 ставится в положение Сэ, для работы с конденсатором неизвестной емкости – переводится в положение Сх.Переключатель П4 также имеет два положения:



1) в положении «Заряд» происходит зарядка эталонного конденсатора Сэ или изучаемого конденсатора Сх;

2) в положении «Разряд» заряд с обкладок конденсатора в течение очень короткого промежутка времени проходит через микроамперметр, вызывая отклонение его стрелки.

В обычном, так называемом динамическом режиме, электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы (в данном случае микроамперметр) измеряет силу проходящего через него тока. Если же через этот прибор пропустить кратковременный импульс тока, то вследствие инертности, подвижная система прибора (рамка со стрелкой) за время протекания тока не успевает сдвинуться с места, но в результате полученного толчка в дальнейшем она поворачивается на некоторый угол. При этом стрелка прибора отклоняется (отбрасывается) на n делений шкалы.

Как показывают опыт и расчеты, величина заряда q, прошедшего через микроамперметр, и величина отброса стрелки n пропорциональны друг другу: q = Аб·n. (1.15)

Режим, в котором работает измерительный прибор при протекании через него кратковременного тока, называется баллистическим, а величина Аббаллистической постоянной прибора.

Аб = . (1.16)

Баллистическая постоянная в системе СИ измеряется в Кл/деление.

В работе баллистическую постоянную микроамперметра определяют, разряжая через него эталонный конденсатор Сэ (заряженный предварительно до напряжения Uэ) и измеряя величину максимального отброса стрелки прибора nэ. При этом заряд q, находившийся на обкладках конденсатора Сэ, равный qэ = Сэ · Uэ, (1.17)

пройдет через микроамперметр. В соответствие с формулой (1.15)

qэ = Аб · nэ, (1.18)

из (1.17) и (1.18) получим выражение для определения баллистической постоянной:

. (1.19)

Емкости изучаемых конденсаторов определяют следующим образом. Переключатель П4 переводят в положение Сх, измеряют величину отброса стрелки прибора nх.

В соответствии с формулами (1.14) и (1.15)

Сх = ; qх = Аб· nх.

Получаем формулу:

. (1.20)

Задание 1. Определение баллистической постоянной

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой установки. Включить установку в сеть.

2. Нажать клавишу 7 переключателя П2.

3. Переключатель П5 поставить в положение Uвнешн., переключатель П3 в положение Сэ.

4. Регулятором Р установить напряжение U = 1 В. В процессе выполнения работы следить, чтобы установленное напряжение не изменялось самопроизвольно, при необходимости нужно сделать его корректировку.

5. Переключатель П4 поставить в положение «Заряд».

6. Замкнуть обкладки конденсатора через микроамперметр, переведя П4 в положение «Разряд» и определить величину отброса стрелки микроамперметра nЭ. Измерения повторить 3 раза и результаты занести в таблицу 1.2.

7. Все действия, указанные в пунктах 4-6, выполнить для напряжений Uэ = 2 В и Uэ = 3 В.

8. Результаты измерений также занести в таблицу 1.2.

9. Для каждого значения напряжения Uэ рассчитать по формуле (1.19) баллистическую постоянную Аб. Найти среднее значение б.

Т а б л и ц а 1.2

Uэ, В nэ, дел э, дел Cэ, мкФ Аб, Кл/дел б, Кл/дел
           
           
           

Задание 2. Определение емкостей исследуемых конденсаторов

Порядок выполнения работы

1. Включить в схему исследуемую электроемкость, поставив переключатель П3 в положение Сх.

2. Ключи К (2 ,3, 4, 5) поставить в положение «Выключено».

3. Нажать клавишу 9 переключателя П2, соединив обкладки конденсаторов Сх1 ÷ Сх5.

4. Переключатель П1 поставить в положение 1.

5. Регулятором Р установить напряжение Uх = 3 В.

6. Зарядить конденсатор Сх, поставив переключатель П4 в положение «Заряд».

7. Замкнуть обкладки конденсатора через микроамперметр, переведя П4 в положение «Разряд» и определить величину отброса стрелки nх.

8. Повторить измерения 3 раза. Результаты занести в таблицу 1.3.

Т а б л и ц а 1.3

Исследуемый конденсатор Uх, дел nх, дел х, дел Cх, мкФ
Сх1        
Сх2      
Сх3      

9. Для измерения емкостей конденсаторов Сх2, Сх3 следует переводить П1 в положения 2 и 3, и, заряжая и разряжая конденсаторы, определять соответствующие отбросы стрелки микроамперметра nх2 и nх3. Результаты измерений записать в таблицу 1.3.

10. Для каждого конденсатора рассчитать по формуле (1.20) его электроемкость.

Задание 3. Определение емкости батареи параллельно соединенных конденсаторов

Порядок выполнения работы

1. Клавишу 9 переключателя П2 оставить в положении «Включено». Включить в схему конденсатор Сх1, переведя переключатель П1 в положение 1.

2. Включить ключ К2 (остальные ключи оставить в положении «Выключено»), соединив параллельно конденсаторы.

3. Регулятором Р установить напряжение Uх = 2 В.

4. Заряжая и разряжая батарею конденсаторов при помощи переключателя П4, измерить величину отброса стрелки микроамперметра nХ. Измерения повторить 3 раза, результаты записать в таблицу 1.4.

5. Рассчитать по формуле (1.20) эквивалентную электроемкость батареи.

6. Включить ключ К3 (ключ К2 оставить включенным), составив батарею из трех параллельно соединенных конденсаторов Сх1,Сх2и Сх3. Определить их эквивалентную электроемкость, выполняя операции в соответствии с пунктами 4-5.

7. Результаты измерений записать в таблицу 1.4.

8. Вычислить теоретическое значение эквивалентной емкости каждой батареи по формуле: Спарал = С1 + С2 + ... + Сn. (где C1, C2, … Cn – емкости конденсаторов, определенные опытным путем).

Т а б л и ц а 1.4

Состав батареи конденсаторов Uх, В nх, дел х, дел Cх, бат, мкФ эксперим. Cх, бат, мкФ теор.
Сх1, Сх2          
Сх1, Сх2, Сх3        

Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных

Конденсаторов

Порядок выполнения работы

1. Выключить ключи К2К4, предназначенные для параллельного соединения конденсаторов.

2. Нажать клавишу 8 переключателя П2, соединив обкладки конденсаторов.

3. Переключатель П1 поставить в положение 2.

4. Регулятором Р установить напряжение Uх = 5 В.

5. При помощи переключателя П4, заряжая и разряжая батарею, определять величину отброса стрелки микроамперметра nх. Измерения повторить 3 раза, результаты записать в таблицу 1.5.

6. Рассчитать по формуле (1.20) эквивалентную электроемкость батареи.

7. Для измерения емкости трех последовательно соединенных конденсаторов переключатель П1 перевести в положение 3. Определить их эквивалентную электроемкость, выполняя операции в соответствии с пунктами 5-6.

8. Результаты измерений записать в таблицу 1.5.

9. Закончив измерения, нажать на клавишу 6 переключателя П2 и выключить установку из сети.

10.Вычислить теоретическое значение эквивалентной емкости каждой батареи по формуле:1/Cпосл. = 1/C1 + 1/C2 +…+ 1/Cn.

11.Сделать вывод о проделанной работе.

Т а б л и ц а 1.5

Состав батареи конденсаторов Uх, В nх, дел х, дел Cх, бат, мкФ эксперим. Cх, бат, мкФ теор.
Сх1, Сх2          
Сх1, Сх2, Сх3        

Контрольные вопросы

1. Что такое конденсатор, и какие существуют типы конденсаторов?

2. Что называется электроемкостью конденсатора, от чего она зависит? В каких единицах измеряется?

3. Как определяется заряд, напряжение и эквивалентная электроемкость при последовательном и параллельном соединении конденсаторов?

4. Как вычислить энергию конденсатора?

5. Что такое баллистическая постоянная и как экспериментально ее определить?

6. Объяснить методику эксперимента и вывести расчетную формулу.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.