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

58187. Липиды. Состав и строение белков 714 KB
  Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Она уникальна для любого белка и определяет его форму свойства и функции. Эта спираль вторичная структура белка.
58190. Правовая основа бухгалтерского учета в РФ. Понятие организации бухгалтерского учета в РФ 166 KB
  Правовая основа бухгалтерского учета в РФ. Понятие организации бухгалтерского учета в РФ. Документы регламентирующие организацию бухгалтерского учета. Международные стандарты учета и адаптация к ним российской системы учета.
58191. Предложение. Три аспекта предложения 33 KB
  Современное языкознание располагает большим количеством лингвистических теорий, изучающих предложение. Сейчас особенно интенсивным стало изучение текста. Но предложение было и остается основной единицей синтаксиса, так как именно в предложении находят выражение наиболее существенные функции языка: коммуникативная
58193. Создание web-страниц. Таблицы 39 KB
  Это таблица TD TR TBLE BODY Еще атрибуты параметры тега TBLE lign выравнивание по странице TBLE lign=rigth Bckground изображение фон таблицы Bgcolor цвет фона TBLE lign=right bgcolor=red...
58195. Війни за княжих часів 29 KB
  Великий вплив на розвиток й уліпшення плавби у нас мали варяги. Тодішній корабель був понад 20 м. завдовжки, до 5 м. завширшки і на цілі 2 м. завглибшки. Будували його з дубового матеріалу, а тільки додаткові частини бували з яворини, ясенини, березини ті ін...