Определение электроемкостей отдельных конденсаторов и двух батарей из последовательно и параллельно соединенных конденсаторов

Группа____УПП- 141 ___________________К работе допущен____________________

                                                                                                                                                                (Дата, подпись преподавателя)

Студент ________Мастенова А.М.л_________    Работа выполнена___________________

                                    (ФИО студента)                                                                                                 (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель______Пыканов И.В._______       Отчёт принят_______________________                                                                                                                                                                  (Дата, подпись преподавателя)

ТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №_____74________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЕМКОСТИ  КОНДЕНСАТОРА

 (Название лабораторной работы)

1.  Цель работы:

Определение электроемкостей отдельных конденсаторов и двух батарей из последовательно и параллельно соединенных конденсаторов.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

Рис 1 – схема конденсатора

Основные теоретические положения к данной работе (основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Проводник, удаленный от окружающих предметов, способен принимать на себя электрический заряд. Потенциал jпроводникасвязан с величиной накопленного им заряда Q соотношением:   

Q=C •j .

Коэффициент пропорциональности , численно равный величине заряда, полученного проводником при повышении потенциала на единицу, называют электроемкостью или емкостью проводника:

C=.

Если проводник не уединенный, вводят понятие взаимной емкости проводников. Широкое практическое применение имеет случай,  когда два проводника, заряженные разноименно, имеют такую форму и взаимное расположение, что создаваемое ими электростатическое поле практически целиком сосредоточено в пространстве между ними. Система таких двух проводников называется  конденсатором, а сами  проводники — его обкладками.

Емкость конденсатора определяется с помощью соотношения:                      

C=,

где  q—абсолютная величина заряда на одной из обкладок конденсатора;

      U—разность потенциалов его обкладок.

Емкость конденсатора зависит от размеров и формы его обкладок, их взаимного расположения, а также от свойств среды, заполняющей пространство между обкладками конденсатора.

В данной работе разность потенциалов обкладок конденсатора измеряют вольтметром, а величину зарядаqможно измерить при периодической зарядке и разрядке конденсатора микроамперметром,  у которого подвижная система обладает периодом колебаний, много большим времени разряда конденсатора.

Такой микроамперметр, вследствие значительной инерции подвижной системы не будет регистрировать мгновенные значения тока, а покажет некоторое, не меняющееся со временем среднее значение силы тока < I >. Пользуясь этим значением можно найти заряд и вычислить емкость конденсатора.  Действительно, так как

    

то в общем случае

где  I( t ) - мгновенное значение тока разряда.

Для микроамперметра с периодом колебаний, много большим времени разрядки конденсатора, можно написать, что протекший через него при разрядке конденсатора заряд определяется соотношением

                          (1)

где T - время одного разряда конденсатора.

Если за некоторое время t произошло N разрядов, то прошедшее через микроамперметр количество электричества определяется равенством

Q=q·N=< I >·t

но . Следовательно,

или      

                     (2)

где f -число разрядов в секунду.

Метод измерения и описание аппаратуры

Исследуемый конденсатор C( рис.1 ) заряжается от источника ЭДС, а затем автоматически действующий переключатель отсоединяет одну из обкладок от источника и замыкает обкладки конденсатора на микроамперметр. При этом конденсатор разряжается. 

Цикл «зарядка-разряд» повторяется с частотой работы переключателя 50 раз в секунду. Сопротивление микроамперметра, емкость конденсатора, а также индуктивность контура выбраны столь малыми, что конденсатор успевает зарядиться и разрядиться менее чем за 1/50 с. Период собственных колебаний подвижной системы микроамперметра значительно больше этой величины.

 Устанавливая с помощью потенциометра ВУПа известную разность потенциалов U , измеряемую вольтметром, и измеряя силу тока   < I > с помощью микроамперметра, можно определить неизвестную емкость конденсатора по формуле ( 2 ).

В качестве переключателя в работе применено специальное устройство Ä поляризованноереле. Схема его показана на рис.2.

На подковообразный железный сердечник M намотана намагничивающая катушка B, по которой пропускается переменный ток с частотой f =50 Гц. Посредине между концами сердечника M помещен намагниченный стерженек Ä якорь. Если в катушке B тока нет, якорь располагается точно посредине между наконечниками PиZ. Когда в катушке B идет ток, то он создает магнитное поле. При этом плоская пружина, удерживающая якорь в среднем положении, изгибается, и якорь притягивается к одному из полюсов P или Z в зависимости от направления тока в катушке B, тогда клемма соединяется через якорь и контакты K и Lпоочередно с клеммами 2 и 3. Таким образом (см. рис.1 ) конденсатор C заряжается  и  разряжается 50 раз в секунду.

Порядок выполнения работы

1.Согласно указаниям на стенде и рис.1 собрать схему с первым неизвестным конденсатором ( C).