Определение емкости и энергии конденсатора. Определение цены деления по заряду для баллистического гальванометра

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

 

Кафедра физики

Электротехническая лаборатория

Лабораторная работа №201-3

Определение емкости и энергии конденсатора

Выполнил студент

Гр РТС-312

Болгов Егор

Проверил __________________

Санкт – Петербург

2004 г.

Оглавление:

1.    Теоретические данные................................................................................................................ 3

1.1     Определение емкости конденсатора.................................................................................. 4

2.    Порядок выполнения работы..................................................................................................... 4

2.1     Определение цены деления по заряду (A_Q) для баллистического гальванометра (или для амперметра установки А)................................................................................................................................... 4

2.2     Определение неизвестных емкостей.................................................................................. 5

3.    Таблицы........................................................................................................................................ 6

Расчет С_посл , С_пар, Q и W.................................................................................................................. 8

Вывод.................................................................................................................................................. 8

Графики.................................................................................................................................................................................. 9

1.  Теоретические данные

Емкость конденсатора определяется отношением заряда на нем Q к разности потенциалов U, до которой он заряжен:

      (3.1)

Еденица емкости в СИ – 1 Фарада (1 Ф = 1 Кл/В) – емкость такого конденсатора, разность потенциалов которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Конденсатор в электрических цепях может использоваться для накопления энергии. Энергия заряженного конденсатора:

    (3.2)

Конденсатор характеризуется двумя параметрами: значение емкости С и рабочего напряжения U_р , на которое рассчитана изоляция между пластинами конденсатора (например, С=10 мкФ, U_р=160 В). Максимальная энергия, которую может запасти конденсатор, определяется формулой (3.2) и равна:

Чтобы увеличить энергию, которую можно накопить при заданном напряжении источника, используют батарею конденсаторов, включенных параллельно. При параллельном включении конденсаторов их емкости складываются:

(3.3)

Если ЭДС источника превышает U_р , конденсаторы соединяют последовательно. При таком включении складываются обратные величины емкостей:

, (3.4)

а рабочее напряжение батарей конденсаторов равно сумме рабочих напряжений, на которые рассчитаны конденсаторы:

1.1  Определение емкости конденсатора

Конденсатор заряжают до известной разности потенциалов и измеряют его заряд Q путем разрядки конденсатора через амперметр А установки или баллистический гальванометр (БГ).

Если известна цена деления прибора по заряду А_ф , то измеряя отклонение стрелки прибора a при разрядке конденсатора, можно определить заряд Й на пластинах конденсатора Q=A_Q*a. По формуле (3.1) находим емкость конденсатора С

Емкость конденсатора можно измерить методом сравнения. Два конденсатора (известной емкостиС_э и неизвестной – С_х ) заряжаются до одинаковой разности потенциалов U. Если эти емкости поочередно разрядить через прибор, измеряющий заряд, то отклонения стрелки прибора a будут пропорциональны емкостям конденсаторов:

   и  

Значение неизвестной емкости С_х найдем, вычислив отношение зарядов Q_э /Q_x  или сравнивая отклонения a_э и a_х :

  и 

2.  Порядок выполнения работы

2.1  Определение цены деления по заряду (A_Q) для баллистического гальванометра (или для амперметра установки А)

1.  Включить выпрямитель в сеть, перевести К₁ в верхнее положение. Потенциометром П₁ подобрать такое значение напряжения U, при котором отклонение стрелки БГ при разрядеке емкости не выходит за пределы шкалы прибора. При выбранном таким образом значении U измерить не менее 3 раз отклонение a_Э прибора при разрядке емкости С_Э . Занести результат измерений в таблицу 1.

2.  Диапазон 0 – U разбить не 8-10 интервалов и снять зависимость a_Э(U). При каждом значении U нужно с помощью переключателя П не менее 3 раз зарядить и разрядить конденсатор, измеряя каждый раз значение a_Э . Время зарядки должно быть 2-3 с. Результаты измерений занести в таблицу 1 и построить зависимость a_Э(U).

3.  По измеренной зависимости a_Э(U) и значению С_{Э вычислить} цену деления прибора по заряду A_Q . Заряд Q можно определить двумя способами: