42522

Определение ёмкости конденсаторов

Лабораторная работа

Физика

Оборудование: регулятор напряжения ЛАТР миллиамперметр переменного тока на 250 мА вольтметр на 150 В конденсаторы. Если конденсатор включить в цепь постоянного тока то спустя некоторое время он зарядится т. Если конденсатор включить в цепь переменного тока то он будет перезаряжаться с частотой переменного ток и в подводящих проводах всё время будут перемещаться электрические заряды т.

Русский

2013-10-30

104 KB

25 чел.

Лабораторная работа № 24

Определение ёмкости конденсаторов

Цель работы: изучить метод определения ёмкости конденсаторов, включённых в цепь переменного тока; осуществить экспериментальную проверку ёмкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

Оборудование: регулятор напряжения (ЛАТР), миллиамперметр переменного тока на 250 мА, вольтметр на 150 В, конденсаторы.

24.1. Краткие теоретические сведения

Способность тела накапливать в себе электрический заряд называют электроёмкостью. Одновременно с увеличением заряда растёт и потенциал тела. Электроёмкость (или просто − ёмкость) представляет собой коэффициент пропорциональности между величиной заряда и потенциалом

                                                 (24.1)

Единицей электроёмкости является фарада

т.е. это ёмкость такого тела, которое при сообщении ему заряда в 1 Кл повышает свой потенциал на 1 В. Ёмкость уединённых тел, как правило, незначительна. Но при сближении двух проводников на достаточно малое расстояние их ёмкость значительно увеличивается. Это явление положено в основу конструкции конденсатора.

Конденсатор − это устройство, состоящее из двух изолированных проводников в виде пластин, расположенных близко друг к другу и имеющих значительную площадь.

Для конденсатора (24.1) будет иметь вид

                                        (24.2)

где q − заряд на одной из обкладок; UC − разность потенциалов между обкладками.

Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то спустя некоторое время он зарядится, т.е. одна его пластина накопит на себе положительный заряд, а другая − равный ему по величине отрицательный. В момент зарядки конденсатора в подводящих проводах будет протекать электрический ток, который после зарядки прекратится.

Если конденсатор включить в цепь переменного тока, то он будет перезаряжаться с частотой переменного ток, и в подводящих проводах всё время будут перемещаться электрические заряды, т.е. протекать ток проводимости. Внутри конденсатора перемещение электрических зарядов с пластины на пластину не происходит, и ток проводимости внутри конденсатора отсутствует. Он протекает только в подводящих проводах.

Если признать сопротивление подводящих проводов пренебрежимо малым, то напряжение на конденсаторе можно считать равным внешнему напряжению U:

                                   (24.3)

где = 2 − циклическая частота источника переменной ЭДС.

Из (24.3) следует, что . Известно, что , поэтому

                          (24.4)

где

                                 (24.5)

Величина  имеет размерность сопротивления и называется ёмкостным сопротивлением. Для постоянного тока = 0 и ХС  . Следовательно, постоянный ток в цепи с конденсатором не протекает, т.е. сопротивление её бесконечно большое. С увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается.

Из (24.5) следует, что  или

                                         (24.6)

Эффективные силы тока и напряжения, измеряемые электроизмерительными приборами, связаны с амплитудными значениями соотношениями

,    

С учётом этого (24.6) примет вид

                                         (24.7)

Пользуясь (24.7), можно по измеренным силе тока Iэ, в цепи и напряжения на конденсаторе Uэ рассчитать ёмкость конденсатора С.

Экспериментальная часть работы состоит в том, чтобы, измерив силу тока и напряжение, рассчитать ёмкости имеющихся в наличии конденсаторов, а также ёмкости параллельно и последовательно соединённых конденсаторов. Затем сравнить эти результаты с результатами, полученными по формулам для ёмкости параллельно и последовательно соединённых конденсаторов:

                                                (24.8)

                                              (24.9)

24.2. Порядок выполнения работы

  1.  

Собрать цепь по схеме (рис. 24.1) с первым конденсатором. Вольтметром измерить напряжение, амперметром − силу тока. Результаты записать в таблицу. Рассчитать ёмкость по (24.7).

  1.  Действия, аналогичные п. 1, проделать со вторым конденсатором.
  2.  

Собрать цепь по схеме (рис. 24.2), включив конденсаторы последовательно. Измерить силу тока и напряжение. Рассчитать ёмкость по (24.7).

  1.  Собрать цепь по схеме (рис. 24.3), включив конденсаторы параллельно. Провести аналогичные измерения. Рассчитать ёмкость по (24.7).
  2.  

Сравнить результаты, полученные по (24.7), с расчётами по (24.8) и (24.9) для последовательного и параллельного соединений конденсаторов. Сделать выводы.

  1.  Расшифруйте условные обозначения на приборах, приведенные на рис. 24.4 и рис. 24.5. Проделайте выше указанные измерения и расчёты виртуально, воспользовавшись схемами на рис. 24.4 и рис. 24.5.

Контрольные вопросы и задания

  1.  Что называется электроёмкостью.
  2.  Объяснить процессы, происходящие в конденсаторе при включении его в цепь постоянного тока.
  3.  От чего зависит 1мкость конденсатора? Записать формулу ёмкости плоского конденсатора.
  4.  Что означают характеристики, указанные на корпусе конденсатора?
  5.  Как вывести (24.8) и (24.9)?
  6.  Что такое ёмкостное сопротивление? Как можно прийти к выводу о существовании ёмкостного сопротивления?
  7.  Почему напряжение на ёмкости (см. (24.3)) отстаёт от тока (см. (24.4)) на угол /2?

[5, § 94, 24 − 26; 9, c. 33 − 39]

159


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4461. Київська Русь, її суспільно-політичний розвиток 160 KB
  Мета заняття. Ознайомити студентів із заняттями та віруваннями найдавніших слов'янських племен. Показати особливості формування держав у східнослов'янських племен на території сучасної України, розвитком Київської та Галицько-Волинської держав у ІХ-ХІІІ ст., боротьбою проти завойовників-кочівників.
4462. Українські землі у складі Литви та Польщі. Виникнення українського козацтва (кін. XIV – сер.XVII ст.) 79.67 KB
  Українські землі у складі Литви та Польщі. Виникнення українського козацтва (кін. XIV – сер.XVII ст.) Мета заняття.Ознайомити студентів із розвитком українських земель в сер. XIV – сер.XVII ст. Показати особливості адміністрати...
4463. Визвольна війна українського народу середини ХVІІ ст. Формування української держави 62 KB
  Визвольна війна українського народу середини ХVІІ ст. Формування української держави Мета заняття.Ознайомити студентів із причинами, характером, рушійними силами національно-визвольної боротьби українського народу середини 17 ст. Показати особ...
4464. Велика Руїна. Гетьманщина. Ліквідація української автономної державності 104.14 KB
  Велика Руїна. Гетьманщина. Ліквідація української автономної державності. Мета заняття. Ознайомити студентів із причинами та основними подіями громадянської війни - Руїни в Україні. Показати особливості становища українських земель кінця 17- по...
4465. Українські землі у складі Російської та Австро-Угорської імперій у ХІХ – на початку ХХ ст. 67.91 KB
  Українські землі у складі Російської та Австро-Угорської імперій у ХІХ – на початку ХХ ст. Мета заняття.Ознайомити студентів із становищем українських земель у XIX- на поч. ХХ ст., особливостями соціально-економічного розвитку та суспільн...
4466. Українська національна демократична революція 1917-1921 рр. Україна в складі СРСР (1922 – 1939 рр.) 75.63 KB
  Українська національна демократична революція 1917-1921 рр. Україна в складі СРСР (1922 – 1939 рр.) Мета заняття.Ознайомити студентів із становленням української державності та боротьбою різних сил в Україні у 1917-1921р.р.,становищ...
4467. Україна в роки Другої світової війни. Суспільно-політичний, соціально-економічний розвиток України від другої половини 40-х до початку 80-х рр. ХХ ст. 79.85 KB
  Україна в роки Другої світової війни. Суспільно-політичний, соціально-економічний розвиток України від другої половини 40-х до початку 80-х рр. ХХ ст. Мета заняття: Ознайомитись з планами гітлерівців щодо України, основними подіями та перебігом війс...
4468. Національно-державне відродження українського народу. Незалежна Україна на сучасному етапі 67.98 KB
  Перебудова в СРСР та її наслідки для України. Спроба державного перевороту в СРСР і Україна. Розпад Радянського Союзу і відродження незалежної України. Розгортання державотворчих процесів. Становлення владних структур, прийняття Конституції України Політичне життя в Україні. Вибори до Верховної Ради України в 1994, 1998, 2002, 2006, 2007 рр. Вибори Президента України 1999, 2004, 2010 рр.
4469. Історія україни Опорний конспект. Методична розробка 1.37 MB
  Методична розробка Опорний конспект з історії України написана на основі навчальної програми курсу Історія України для вищих навчальних закладів І і ІІ рівнів акредитації дає вказівки по вивченню, засвоєнню матеріалу, що вивчається аудиторно. Робота...