50249

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: Определение электроемкостей отдельных конденсаторов и двух батарей из последовательно и параллельно соединенных конденсаторов. Емкость конденсатора определяется с помощью соотношения: C= где q абсолютная величина заряда на одной из обкладок конденсатора; U ...

Русский

2014-09-21

265 KB

16 чел.

PAGE  8

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Группа____УПП- 141 ___________________К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент ________Мастенова А.М.л_________ Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель______Пыканов И.В._______ Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №_____74________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЕМКОСТИ  КОНДЕНСАТОРА 

(Название лабораторной работы)

  1.  Цель работы:

Определение электроемкостей отдельных конденсаторов и двух батарей из последовательно и параллельно соединенных конденсаторов.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):


Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Проводник, удаленный от окружающих предметов, способен принимать на себя электрический заряд. Потенциал  проводника связан с величиной накопленного им заряда Q соотношением :    

Q=C .

Коэффициент пропорциональности , численно равный величине заряда, полученного проводником при повышении потенциала на единицу, называют электроемкостью или емкостью проводника:

                                        

C=.

Если проводник не уединенный, вводят понятие взаимной емкости проводников. Широкое практическое применение имеет случай,  когда два проводника, заряженные разноименно, имеют такую форму и взаимное расположение, что создаваемое ими электростатическое поле практически целиком сосредоточено в пространстве между ними. Система таких двух проводников называется  конденсатором, а сами  проводники его обкладками.

Емкость конденсатора определяется с помощью соотношения:                       

C=,

где  q   абсолютная величина заряда на одной из обкладок конденсатора;

     U   разность потенциалов его обкладок.

Емкость конденсатора зависит от размеров и формы его обкладок, их взаимного расположения, а также от свойств среды, заполняющей пространство между обкладками конденсатора.

В данной работе разность потенциалов обкладок конденсатора измеряют вольтметром, а величину заряда q можно измерить при периодической зарядке и разрядке конденсатора микроамперметром,  у которого подвижная система обладает периодом колебаний, много большим времени разряда конденсатора.

Такой микроамперметр, вследствие значительной инерции подвижной системы не будет регистрировать мгновенные значения тока, а покажет некоторое, не меняющееся со временем среднее значение силы тока < I >. Пользуясь этим значением можно найти заряд и вычислить емкость конденсатора.  Действительно, так как

    

то в общем случае

где I( t ) - мгновенное значение тока разряда.

Для микроамперметра с периодом колебаний, много большим времени разрядки конденсатора, можно написать, что протекший через него при разрядке конденсатора заряд определяется соотношением

                         (1)

где T - время одного разряда конденсатора.

Если за некоторое время t произошло N разрядов, то прошедшее через микроамперметр количество электричества определяется равенством

Q=q· N=< I >·t

но . Следовательно,

                

или       

                    (2)

где f - число разрядов в секунду.

Метод измерения и описание аппаратуры

Исследуемый конденсатор C ( рис.1 ) заряжается от источника ЭДС, а затем автоматически действующий переключатель отсоединяет одну из обкладок от источника и замыкает обкладки конденсатора на микроамперметр. При этом конденсатор разряжается.  

Цикл «зарядка-разряд» повторяется с частотой работы переключателя 50 раз в секунду. Сопротивление микроамперметра, емкость конденсатора, а также индуктивность контура выбраны столь малыми, что конденсатор успевает зарядиться и разрядиться менее чем за 1/50 с. Период собственных колебаний подвижной системы микроамперметра значительно больше этой величины.

Устанавливая с помощью потенциометра ВУПа известную разность потенциалов U , измеряемую вольтметром, и измеряя силу тока   < I > с помощью микроамперметра, можно определить неизвестную емкость конденсатора по формуле ( 2 ).

В качестве переключателя в работе применено специальное устройство Ä поляризованное реле. Схема его показана на рис.2.

На подковообразный железный сердечник M намотана намагничивающая катушка B, по которой пропускается переменный ток с частотой f = 50 Гц. Посредине между концами сердечника M помещен намагниченный стерженек Ä якорь. Если в катушке B тока нет, якорь располагается точно посредине между наконечниками P и Z. Когда в катушке B идет ток, то он создает магнитное поле. При этом плоская пружина, удерживающая якорь в среднем положении, изгибается, и якорь притягивается к одному из полюсов P или Z в зависимости от направления тока в катушке B, тогда клемма соединяется через якорь и контакты K и L поочередно с клеммами 2 и 3. Таким образом (см. рис.1 ) конденсатор C заряжается  и  разряжается 50 раз в секунду.

Порядок выполнения работы

1.Согласно указаниям на стенде и рис.1 собрать схему с первым неизвестным конденсатором ( C).

ВНИМАНИЕ. В конце  сборки  обязательно проверить, чтобы провода от конденсатора ( батареи конденсаторов в целом ) соединялись с клеммами 3 и 6 на стенде.

2.С помощью потенциометра ВУПа установить на конденсаторе разность потенциалов U и измерить ее вольтметром. С целью уменьшения  погрешности измерений значение напряжения надо выбирать таким, чтобы стрелка вольтметра отклонялась более чем на 2/3 его шкалы.

3.С помощью микроамперметра измерить среднее значение силы тока < I> .

4.Уменьшить напряжение до нуля.

5.Повторить п. 2, 3 , 4 десять раз, каждый раз заново устанавливая на вольтметре напряжение U, и записать полученные значения силы тока в таблицу.

6.Руководствуясь требованиями  п.2  , установить на конденсаторе разность потенциалов Uотличную от U, но значение которой тоже лежит в последней трети шкалы вольтметра.

7.Выполнить операции аналогичные п.3, 4, 5. Записать 10 полученных результатов в таблицу.

8.Вместо конденсатора C включить в схему конденсатор C  и выполнить операции, описанные в п.2, 3, 4, 5, 6, 7 при тех же значениях напряжений и занести измеренные величины силы тока в таблицу.

9.Вместо C включить в схему батарею из последовательно соединенных конденсаторов C и C ( т.е. C ); выполнить операции, описанные в п.2, 3, 4, 5, 6, 7, при тех же значениях напряжений  U и  U и занести измеренные величины силы тока в таблицу.

10.Вместо батареи из последовательно соединенных конденсаторов включить батарею из параллельно соединенных конденсаторов ( C).Выполнить операции, описанные п. 2, 3, 4, 5,

6, 7, при тех же значениях U, U  и занести величины силы тока в таблицу.

          


4. Сводная таблица результатов
.

Разностьпотенциалов,В

U=110B

U=140B

Конденсаторы

С

С

С

С

С

С

С

С

Сила тока,мА

Nп\п

I

I

I

I

I

I

I

I

1

77

80

40

157

99

102

50

199

2

77

79

39

155

98

101

51

198

3

76

79

41

156

99

101

51

199

4

78

80

40

155

100

101

50

199

5

77

80

40

156

99

103

51

199

6

76

80

40

156

98

101

50

198

7

76

80

39

156

98

102

50

198

8

76

79

41

157

98

101

50

199

9

77

80

39

157

99

102

51

199

10

77

79

40

156

99

101

50

199

<I>

0,767

0,796

0,399

1,561

0,987

1,015

0,504

1,987

S

0,002

I,A (по Стьюденту)

0,00246

I,A (приборная)

0,01

U,B

3,75

Электроемкость,Ф

0,000139

0,000145

0,000073

0,000284

0,000141

0,000145

0,000071

0,000284

Емкость по формуле(3)

70,968*10

284*10

71,486*10

286*10


5. Расчёт погрешностей измерений
 

(указать метод расчёта погрешностей).

1.По данным, полученным в результате измерений, определить емкость конденсаторов C,C2 , C, C. 

 

           (3)                              

2.С помощью формул ( 3 ) рассчитать значения C и C и занести их в таблицу.

3.Оценить абсолютную  погрешность косвенных измерений емкости и сделать окончательную запись результата в виде

    

1.Проработать содержание методического указания по физике[3].

2.Вывести самостоятельно формулу для расчета ошибки косвенных измерений и сравнить ее с формулой ( 4 ):

                                         (4)

3.Рассчитать значения I и U согласно указаниям [3], учитывая класс точности приборов.

4.Методом Стьюдента рассчитать значение I по данным полученным для большей емкости как при напряжении U , так и при напряжении U.

5.Определить относительную погрешность измерений для большей из емкостей как при напряжении Uтак и при U. При этом принять равным одному проценту.

6.Рассчитать абсолютную погрешность измерений C и сделать окончательную запись полученного результата. По указанию преподавателя п. 4, 5, 6 могут выполняться и для другой емкости.

7.С помощью формулы (3) рассчитать емкости батарей конденсаторов и сравнить их со значениями, полученными по формуле (2). Используя данные п.6, сделать выводы о величине расхождений значений C и C , полученных различными способами.

6. Окончательные результаты:

U1:                                       U2:

C,=0,000073 Ф                   C,=0,0000471 Ф

С,,=0,000284 Ф                  С,,=0,000286 Ф

Подпись студента:

Лист – вкладыш

5. Расчёт погрешностей измерений (продолжение):

Абсолютная погрешность равна:   С=0,000002

С =0,000002

Относительная погрешность равна:  

I=1,23*

I=1,23*


7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).

По формуле №3

А) С=

С=284*10Ф

Б) С=

С=286*10

По формуле №2:

А) С=

С=

Б) С=                                                               

С=


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4039. Разработка методических указаний для выполнения лабораторных работ с использованием компьютерной программы Рефлектометр 569.59 KB
  При построении телекоммуникационных сетей с ипользованием оптоволоконных кабелей важнейшим инструментом является оптический рефлектометр. Оптический рефлектометр – сложное и дорогое устройство, поэтому для его изучения была создана компьютерная программа, моделирующая работу оптического рефлектометра (ОР)...
4040. Социально-этические и гуманистические принципы биологического познания. Генетика и эволюция 108.5 KB
  Введение Современное человечество живет в новом тысячелетии и это заставляет людей уделять большее внимание своему будущему и разумному осмыслению нашего прошлого. Одним из важнейших стала проблема взаимодействия природы и общества. Противоречия меж...
4041. Криоэлектроника. История развития 255.5 KB
  Криоэлектроника. История развития Введение Криогенная (от греческого "криос" — холод, мороз) электроника, или криоэлектроника — направление электроники, охватывающее исследование при криогенных температурах (ниже 120 К) специфических эффек...
4042. Хаос и порядок. Порядок и беспорядок в природе 311 KB
  Этимология понятия «хаос». Соотношение порядка и беспорядка в природе. Хаос, понятие окончательно оформившееся в древнегреческой философии - это трагический образ космического первоединства, начало и конец всего, вечная смерть всего живого и одно...
4043. Методика определения плотности твердого тела 42 KB
  Определение плотности твердого тела. Цель работы Целью данной работы является: Определение плотности твердого тела Приобретение студентами практических навыков в обработке результатов измерений. Рисунок Рабочая формула...
4044. Определение момента инерции диска (стержня) по его крутильным колебаниям 50.5 KB
  Определение момента инерции диска (стержня) по его крутильным колебаниям. Цель работы Целью данной работы является определение момента инерции диска (стержня) относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно плоскости диска...
4045. Определение положения центра тяжести и момента инерции физического маятника 47.5 KB
  Определение положения центра тяжести и момента инерции физического маятника. Цель работы Целью данной работы являются: определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника определение положения центра тяжес...
4046. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса 79 KB
  Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса. Цель работы. Целью данной работы является определение коэффициента внутреннего трения (вязкости) жидкости. Рисунок. Рабочая формула: Таблица результатов и...
4047. Определение сопротивления с помощью моста Уитстона 85.5 KB
  Определение сопротивления с помощью моста Уитстона I. Цель работы – определение связи между силой тока в цепи гальванического элемента тока и падением напряжением на внешнем участке цепи. Расчет на основании этих данных величины ЭДС, внутреннег...