Obiectiv: Familiarizarea cu una din metodele de studiere a capacității electrice a conductorilor (condensatori). Măsurarea capacității condensatoarelor și a băncilor de condensatori prin metoda unui galvanometru oglindă. Verificarea formulelor pentru calculul capacității pentru conexiunile condensatoarelor seriale și paralele.
Instrumente și accesorii: galvanometru oglindă, voltmetru, condensator de referință, cheie bipolară, condensatori de capacitate electrică necunoscută, sursă de alimentare, fire de conectare.
Orice conductor solitar, dacă este dat o sarcină electrică, este capabil să-l acumuleze. Din punct de vedere cantitativ, această proprietate se caracterizează printr-o cantitate fizică - capacitatea electrică (capacitatea electrică) a conductorului.
De asemenea, condensatorul are proprietatea de a acumula o încărcătură electrică. Un condensator este un dispozitiv compus din doi conductoare separate printr-un dielectric, grosimea căreia este mult mai mică decât dimensiunile geometrice ale conductorilor. Conductoarele care formează condensatorul sunt numite plăci. Conform formei plăcilor, condensatoarele sunt împărțite în sferice, cilindrice și plate; de tipul dielectricului - pe aer, hârtie, mica, electrolitică și altele.
Un condensator conectat la o sursă de curent este capabil să se acumuleze spre deosebire de încărcăturile electrice pe plăcile sale și q + = | q- | = q. Capacitatea unui condensator este cantitatea fizică egală cu raportul dintre sarcina pe plăcile condensatorului și diferența de potențial dintre plăcile condensatoarelor
Capacitatea unui condensator depinde de dimensiunea geometrică (suprafața) plăcilor, de proprietățile dielectricului și de grosimea acestuia. Capacitatea electrică este măsurată în farads. Farad este o unitate de măsură foarte mare. Capacitățile electrice ale condensatoarelor sunt de obicei mai multe ordine de mărime mai mici decât capacitatea electrică din 1F. Prin urmare, în practică, se utilizează unități mai mici de măsurare a capacității specifice - μF, nF, pF (1 μF = 10 -6Φ, 1 nF = 10 -9Φ, 1 pF = 10-12Φ).
Condensatoarele între ele pot fi conectate în diferite moduri - în serie, în paralel sau în combinație. Un set de condensatori legați unul de celălalt într-un fel este numit bancă de condensatori. Cu conexiunea paralelă a condensatoarelor, capacitatea electrică a bateriei este egală cu suma capacităților condensatoarelor:
Atunci când condensatoarele sunt conectate în serie, inversul capacității bancului condensator este egal cu suma capacităților reciproce ale condensatoarelor:
Măsurați capacitatea condensatorului folosind diverse metode (metoda de substituire, metoda punții etc.). Una dintre metodele destul de simple care se utilizează pentru a determina capacitatea condensatoarelor este metoda galvanometrică balistică oglindă.
Următoarele regularități se bazează pe metodă. Încărcarea electrică raportată la condensator din sursa de tensiune la o tensiune fixă este proporțională cu capacitatea condensatorului:
Dacă condensatorul încărcat, deconectat anterior de la sursa de alimentare, este descărcat printr-un galvanometru, abaterea "iepurelui" va fi proporțională cu sarcina care a fost raportată condensatorului:
unde A este o constantă a galvanometru, numărul n de diviziuni pe scara la care galvanometru deviate „iepuras“ lumina. Galvanometrului oglinda îndeplinește rolul unui indicator luminos „iepuras“ magnitudine mai mare decât taxa trece prin galvanometru, cât este mai mare numărul de fisiuni deviază „iepuras“ pe cadranul instrumentului de la diviziunea zero.
Din formulele (5) și (6) rezultă că capacitatea electrică a unui condensator necunoscut CX poate fi calculată din formula
Pentru aceasta, este necesar să se cunoască constanta galvanometrului și tensiunea la care a fost încărcat condensatorul. Galvanometrul constant poate fi determinat cu ajutorul unui condensator de referință (prin referință se înțelege un condensator a cărui capacitate electrică este cunoscută). Utilizând formulele (5) și (6), obținem
unde C0 este capacitatea electrică a condensatorului de referință, n0 este numărul de diviziuni de pe scala galvanometrului pe care se abate "iepurașul" de lumină. Din formulele (7) și (8) rezultă că pentru a determina capacitatea electrică a unui condensator necunoscut prin metoda unui galvanometru oglindă nu este necesară cunoașterea valorii numerice a constantei galvanometrului (A). Într-adevăr, după înlocuirea formulei (8) în (7), avem
Formula (9) este formula de calcul pentru găsirea capacității condensatoarelor prin metoda unui galvanometru oglindă.
Ordinea de executare a muncii
1. Asamblați circuitul electric în conformitate cu diagrama electrică din fig. Aici, sursa de curent, rezistor R (R = 100 Ohm), U-voltmetru, cheie K-bipolară, galvanometru G, condensator C. (La conectarea condensatoarelor electrolitice, trebuie respectată polaritatea.) La început, conectați condensatorul de referință C0 = 10 μF la circuit.
2. Setați tensiunea la aproximativ 1,5 V și mențineți-o constantă pentru toate măsurătorile.
3. Mai întâi, rotiți cheia în poziția 1-2 pentru câteva secunde pentru a încărca condensatorul de la sursa de alimentare, apoi transferați-l în poziția 5-6. Condensatorul va fi descărcat prin galvanometru, în timp ce "iepurașul" lumină se va abate de la un anumit număr de diviziuni n0. Măsurătorile se efectuează de 10 ori. Rezultatele sunt introduse în tabel. Găsiți valoarea medie
4. Înlocuiți condensatorul de referință în circuitul electric cu un condensator de capacitate necunoscută. Efectuați toate operațiile indicate în pasul 3. Găsiți valoarea medie
5. Conectați condensatoarele în paralel (circuitul 2) și măsurați capacitatea bancului condensatorului. Efectuați toate operațiile indicate în pasul 3. Găsiți valoarea medie
6. Conectați condensatoarele în serie (diagrama 3) și măsurați capacitatea bancului condensatorului. Efectuați toate operațiile indicate în pasul 3. Găsiți valoarea medie
7. Calculați eroarea de măsurare utilizând formula:
unde # 916; nx și # Eroare absolută în măsurarea abaterilor de "iepuraș" de lumină pentru condensatori necunoscuți și de referință. Erorile absolute sunt calculate prin formule pentru măsurători directe (Fiabilitatea luată egală # 945; = 0,95); . valorile medii ale deviațiilor "iepurii" lumină pentru condensatoarele necunoscute și de referință (k este numărul de măsurători).
1. Dați definiția capacității electrice a unui conductor solitar, un condensator. Din ce cantități depinde capacitatea electrică a conductorilor, condensatoarelor.
2. Care sunt caracteristicile condensatoarelor?
3. Derulați formulele pentru calcularea capacității băncii condensatoarelor în paralel și în serie.
4. Derivează formulele pentru calculul capacităților electrice ale condensatoarelor plate, cilindrice și sferice.
5. Derulați o formulă pentru calcularea energiei unui condensator încărcat (utilizând exemplul unui condensator plat).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: