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

68367. НАЦИОНАЛЬНОЕ САМООПРЕДЕЛЕНИЕ: ПОДХОДЫ И ИЗУЧЕНИЕ СЛУЧАЕВ 295.5 KB
  С самого начала на экономические и политические реформы в России заметно влияли проблемы возникающие благодаря этническим и религиозным различиям населения. России все еще предстоит найти модель федерации в которой права народов на самоопределение осуществлялись бы без вызова ее целостности...
68368. Русь и Орда. Ордынское иго и его последствия для Руси 30.5 KB
  Впоследствии все кочевые народы с которыми Русь вела борьбу стали называть монголо-татарами. Главным занятием монголо-татар было экстенсивное кочевое скотоводство и охота. В 1219-1221 годах под ударами монголо-татар пало государство Хорезмшахов в Средней Азии победоносными походами...
68369. Русь и Орда. Славяне и тюрки 31 KB
  Правильность этого похода доказала победа на Куликовом поле Тюрки Поскольку границы Тюркского каганата в конце VI в. Тюрки не только играли роль посредников но и одновременно развивали собственную культуру которую они считали возможным противопоставить культуре и Китая и Ирана и Византии и Индии.
68370. Русско-молдавские связи. Присоединение Левобережья Днестра и Бессарабии. Новороссия и ее развитие 33.5 KB
  С 10 века территория Молдавии принадлежала Киевской Руси. Русь оказывала помощь Молдавии от нападения литовских войск. После воссоединения Украины с Россией в 1654 году господари Молдавии стали обмениваться с Москвой посольствами поступали просьбы принять Молдавию в подданство по подобию Украины.
68371. Русская Америка: система управления РАК, основные направления деятельности, причины упадка 31.5 KB
  В конце XVIII в. большинство купцов на Дальнем Востоке пришло к выводу о необходимости перейти от соперничества к союзу для совместного промысла в северной части Тихого океана. К этому их толкали не только материальные трудности, но и появление многочисленных иностранных конкурентов.
68372. Решение Земского собора о воссоединении Украины с Россией 109 KB
  В прошлом во 161м году мая 25 по указу великого государя 450 царя и великого князя Алексея Михайловича всеа Русии самодержца говорено на соборех о литовском и о черкаском делех. И по государеву цареву и великого князя Алексея Михайловича всеа Русии указу о неправдах Яна Казимера...
68373. Сделать Сибирь и Дальний Восток русскими 86.5 KB
  Расширение империи на восток не ограничивалось только военно-политической экспансией, это был еще и сложный процесс превращения Сибири и Дальнего Востока в Россию. С установлением новых государственных границ имперская политика не завершается, а только начинается...
68374. Управление имущественными комплексами организаций и предприятий 184 KB
  Положением предусмотрено: организация при принятии объекта к бухгалтерскому учету определяет срок полезного использования его. Определение срока полезного использования объекта основных средств производится исходя из ожидаемого срока использования этого объекта в соответствии...
68375. Понятие, цели и принципы оценки недвижимости 220.5 KB
  Основные этапы процесса оценки недвижимости Основные формы регулирования оценочной деятельности Методы оценки недвижимости Оценка инвестиционной привлекательности объекта недвижимости Понятие цели и принципы оценки недвижимости Теоретической основой процесса оценки является система оценочных принципов.