Определение емкости конденсатора методом баллистического гальванометра (Лабораторная работа № 3)

Лабораторная работа № 3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЕМКОСТИ  КОНДЕНСАТОРА

МЕТОДОМ   БАЛЛИСТИЧЕСКОГО  ГАЛЬВАНОМЕТРА

          Цель работы: изучить принцип работы баллистического гальванометра, определить баллистическую чувствительность и найти емкость неизвестного конденсатора.

          Приборы и принадлежности: баллистический гальванометр, эталонная емкость, неизвестная емкость, источник питания, вольтметр, переключатель.

Теоретическое обоснование

     В ряде случаев, например при  измерении  емкости,  требуется измерять количество электричества при кратковременных импульсах тока. Для этих целей

Рис. 3.1.

служат так называемые баллистические гальванометры, отличающиеся тем, что при протекании импульса тока подвижная часть практические остается в покое и начинает движение лишь после того, как импульс тока закончится (рис. 3.1).

По истечении времени  действия импульса тока подвижная часть гальванометра отклоняется от некоторого своего наибольшего отклонения        и затем возвращается в нулевое положение либо периодически, как на рис.3.1., либо апериодически, в зависимости от степени успокоения . Отсчитываемой по гальванометру величиной является отклонение рамки, которое, как показано ниже, пропорционально количеству электричества , протекшему через гальванометр за время импульса тока,  т.е.  пропорционально величине

.

     Уравнение движения подвижной части баллистического гальванометра имеет вид

,          (3.1)

где  - степень успокоения;

       - круговая частота свободных колебаний  подвижной  части

гальванометра;

      - чувствительность гальванометра к току.

     Как видно из рис.3.1, по истечении времени  ток  исчезает, и уравнение движения (3.1) принимает вид:

                             .               (3.2)

     Решая это уравнение можно найти первое наибольшее отклонение  , т.е. так называемый баллистический отброс:

                                                      .                          (3.3)

    Величина , равная отклонению, приходящемуся на единицу количества электричества, называется баллистической чувствительностью. Величина , обратная баллистической чувствительности, называется баллистической постоянной:

.                        (3.4)

     Эти величины - баллистическая чувствительность  и  баллистическая постоянная - дают возможность определять емкость конденсаторов (при условии,

что в  наличии  имеется  эталонная  емкость). Определение неизвестной емкости заключено в следующем.  Конденсатор известной емкости    (рис.3.2) заряжают от источника напряжением (переключатель II в положении 1) и затем разряжают на баллистический гальванометр БГ, перекидывая переключатель в  положение 2 – “Разрядка”.

Рис.3.2.

При этом гальванометр дает некоторый отброс . Тогда чувствительность определяют из выражения

                                             .                             (3.5)

Подставляя в это уравнение  в фарадах, а  в вольтах, получим чувствительность в делениях на 1 кулон.

     Затем эталонный конденсатор отключается, и вместо него  подключается конденсатор, емкость  которого  нужно  определить.  Все операции производятся по приведенной выше методике.  Зная  отброс  "зайчика" и баллистическую чувствительность, определенную при помощи эталонного конденсатора, можно определить  неизвестную емкость из выражения (3.5). Уравнение имеет следующий вид:

                                                       .                                    (3.6)

Описание установки.

Схема используемой установки изображена на рис. 3.2. В работе используется баллистический гальванометр типа М 1032-МI. Источником питания служит выпрямитель типа ИПД-I или аналогичный. Это позволяет плавно изменять напряжение, подаваемое на обкладки конденсатора.

Выполнение работы:

1.  Поставить переключатель декад эталонного конденсатора в положение “0”.