Сделай Сам Свою Работу на 5

Использование моста Сотти для экспериментального определения емкости конденсатора и вывод рабочей формулы





ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Методические указания к лабораторной работе №8 по физике

 

(Раздел «Электричество»)

 

 

Ростов-на-Дону 2011

 

Составители: Т.П. Жданова, А.Б. Гордеева, И.Г. Попова,

Е.С. Богославская

 

УДК 530.1

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА: метод. указания к лабораторной работе № 8 - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.-9с.

 

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения электроемкости конденсатора методом моста Сотти.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество»).

 

 

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

 

Научный редактор к.ф.-м.н., доц. Г. Ф. Лемешко

 

© Издательский центр ДГТУ, 2011

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Цель работы:

1. Ознакомление с мостовым методом измерения электрической емкости конденсатора.

2. Определение законов сложения емкостей при параллельном и последовательном соединении конденсаторов.



Оборудование: источник переменного тока, магазин эталонных конденсаторов, измеряемые неизвестные конденсаторы, осциллограф, реохорд (реостат, включенный как потенциометр).

 

Теоретическая часть

Если уединенному проводнику сообщить электрический заряд , то потенциал проводника примет некоторое значение , причем , т.е. . Следовательно,

-

электрическая емкость уединенного проводника. Единица ёмкости – фарад (Ф).

Конденсатором называется система из двух близко расположенных проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. В зависимости от формы обкладок конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические.

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда , накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов ( ) между его обкладками:

Электроемкость конденсатора зависит от его формы, геометрических размеров и диэлектрической проницаемости среды, заполняющей пространство между обкладками. В случае плоского конденсатора



, (1)

где =8,85·10–12 Ф/м – электрическая постоянная; – диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между обкладками; – расстояние между пластинами, - площадь обкладок.

Другой важнейшей характеристикой конденсатора является напряжение пробоя, т.е. минимальная разность потенциалов на обкладках, при которой происходит электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы и размеров обкладок и от свойств диэлектрика.

При практическом использовании конденсаторов для получения необходимой емкости собирают батареи из отдельных элементов, соединяя их последовательно или параллельно.

При последовательном соединении конденсаторов заряд на обкладках остается величиной постоянной: , напряжения суммируются:

Тогда электроемкость:

. (2)

 

При последовательном соединении на каждый из конденсаторов приходится лишь часть разности потенциалов Δφ напряжения источника, вследствие чего уменьшается возможность пробоя конденсаторов.

При параллельном соединении конденсаторов напряжение остается величиной постоянной: , заряд батареи конденсаторов: .

Тогда общая электроемкость:

. (3)

Пробивное напряжение такой батареи равно пробивному напряжению того из конденсаторов, у которого оно наименьшее.

 

Использование моста Сотти для экспериментального определения емкости конденсатора и вывод рабочей формулы

 

В данной работе емкость измеряется при помощи мостовой схемы – моста Сотти (рис. 1).

– магазин емкостей (эталонная емкость); – конденсатор, емкость которого надо измерить; источник переменного тока ( ); индикатор нуля (ИН, в данном случае – осциллограф); реохорд (реостат, включенный как потенциометр); и - плечи реохорда; и - сопротивления плеч и реохорда.



 

Если источник тока включен, то в цепи, в том числе и на участке , течет ток, а на экране осциллографа видна синусоида. Подбором сопротивлений и (путем перемещения движка реостата) можно добиться равновесия моста, при котором разность потенциалов ( ) равна нулю (состояние равновесия моста), а на экране осциллографа синусоида сменяется горизонтальной прямой. После перехода через положение равновесия амплитуда синусоиды снова увеличивается.

При равновесии моста потенциалы точек и равны ( ). Это значит, что разность потенциалов на участке по величине равна разности потенциалов на участке :

. (4)

По аналогичным соображениям:

. (5)

Токи в ветвях и , и будут равны по величине:

, (6)

. (7)

Сопротивление участка цепи переменного тока, содержащего конденсатор, определяется по формуле

, (8)

где – электроемкость конденсатора; ω – циклическая частота.

К однородным участкам цепи АЕ, ЕВ, АD и применим закон Ома в виде:

,

тогда равенства (6) и (7) примут вид:

, (9)

. (10)

 

Разделив почленно равенство (9) на (10), учитывая при этом равенства (4), (5) и (8) получим:

. (11)

Поскольку сопротивления плеч потенциометра и пропорциональны их длине, условие равновесия запишется в виде:

, (12)

где - длина реохорда, - длина плеча реохорда.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.