Правильно. Лабораторная_работа_2_1_0e1c9b0eacf1d324cbe9b51977f9a575. Лабораторная работа 1 измерение ёмкости при Последовательном и параллельном соединении конденсаторов
![]()
|
Лабораторная работа № 2.1 измерение ёмкости при Последовательном и параллельном соединении конденсаторов Цель работы: освоить методику измерения емкостей неизвестных конденсаторов и экспериментально подтвердить справедливость формул для расчета общей емкости при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов. Введение Конденсаторы можно соединять между собой, образуя батарею конденсаторов. Параллельное соединение конденсаторов. У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Заряд батареи конденсаторов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 1. Схема параллельного соединения конденсаторов Тогда общая емкость батареи конденсаторов ![]() Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов их общая ёмкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. В частности, если все ![]() ![]() ![]() Последовательное соединение конденсаторов. У последовательно соединенных конденсаторов (рис. 2) заряды всех обкладок равны по модулю, так как величина тока зарядки в любой момент времени на всем участке одинакова (при любой зависимости величины тока зарядки от времени): ![]() а разность потенциалов на зажимах батареи ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 2. Схема последовательного соединения конденсаторов Поскольку для любого из рассматриваемых конденсаторов ![]() ![]() ![]() то напряжение между крайними точками участка цепи (рис. 2) ![]() Тогда с учетом (2.1.4) общую емкость ![]() ![]() Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость С всегда меньше наименьшей емкости конденсатора, входящего в данную батарею конденсаторов. В частности, если все ![]() ![]() ![]() Энергия заряженного конденсатора. Пусть потенциал обкладки конденсатора, на которой находится заряд ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Тогда с учетом соотношения ![]() ![]() В частности, при параллельном соединении двух конденсаторов, емкости которых ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При последовательном соединении двух конденсаторов, емкости которых ![]() ![]() ![]() ![]() Описание лабораторной установки и методики измерений Как следует из материалов, представленных во введении к данной лабораторной работе, если последовательно соединить конденсатор неизвестной емкости ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, если известна емкость конденсатора ![]() ![]() ![]() ![]() Общий вид лабораторной установки и её принципиальная схема представлены на рис. 4. Макет рабочей схемы представлен на рис. 5. На макете имеется два конденсатора, емкости которых ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В лабораторной работе напряжение ![]() ![]() ![]() ![]()
![]() Рис. 5. Макет рабочей схемы В данной лабораторной работе следует поочерёдно реализовать на макете (рис. 5) с помощью одной или двух перемычек четыре схемы соединения конденсаторов ![]() ![]() ![]()
Результаты измерений и расчетов для каждой из представленных выше схем занести в таблицы 1-4 соответственно. Таблица 1. Последовательно соединенные конденсаторы С1 и С0 (рис.6 а).
Таблица 2. Последовательно соединенные конденсаторы С2 и С0 (рис.6 б).
Таблица 3. Параллельно соединённые между собой конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно с С0 (рис.6 в).
Таблица 4. Последовательно соединённые конденсаторы С1 С2, и С0 (рис.6 г).
Порядок выполнения работы Ознакомиться с описанием лабораторной установки и методики измерений (см. рис. 3 – 6). Указанную на макете лабораторной установки величину ёмкости известного конденсатора ![]() Для реализации схемы (а), представленной на рис. 6, следует соединить на макете (рис. 5) перемычкой клеммы 3 и 4. В этом случае роль конденсатора с неизвестной ёмкостью ![]() ![]() ![]() Переключить ключ в положение " ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Повторить экспериментально пункт 3 для двух других указанных преподавателем значений ![]() ![]() Реализовать на макете схему, представленную на рис. 6 б. Для этого следует соединить перемычкой клеммы 5 и 6 (рис. 5). В этом случае роль конденсатора с неизвестной ёмкостью ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Реализовать на макете схему, представленную на рис. 6 в. Для этого следует соединить одной перемычкой клеммы 3 и 4, а другой перемычкой – клеммы 5 и 6. В этом случае роль конденсатора с неизвестной ёмкостью ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Реализовать на макете схему, представленную на рис. 6 г. Для этого следует соединить перемычкой клеммы 3 и 6. В этом случае роль конденсатора с неизвестной ёмкостью ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По известным средним значениям ёмкостей ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Вставьте средние значения емкостей ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Используя известные средние значения емкостей ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Используя известные средние значения емкостей ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 5. Сравнение экспериментальных и теоретически рассчитанных емкостей, зарядов и энергий при параллельном и последовательном соединении конденсаторов ![]() ![]()
Оцените погрешность определения емкости конденсаторов (таблицы 1-4) Вопросы и задания для самоконтроля Дайте определение электроемкости конденсатора. В каких она единицах измеряется? Какими параметрами определяется емкость плоского конденсатора? Какими путями можно увеличить емкость плоского конденсатора? За счет чего можно увеличить емкость плоского конденсатора, если его геометрические размеры должны оставаться неизменными? Формула общей емкости параллельно соединенных конденсаторов. Формула общей емкости последовательно соединенных конденсаторов. Во сколько раз емкость батареи, состоящей из четырех одинаковых параллельно соединенных конденсаторов, больше емкости батареи, состоящей из последовательно соединенных этих конденсаторов? При последовательном соединении двух конденсаторов их общая емкость равна 0,75 мкФ. При параллельном − общая емкость 4 мкФ. Какова емкость каждого из конденсаторов? Три конденсатора, емкости которых С1 = 2С2 = 3С3, соединены последовательно и подсоединены к источнику, напряжение на клеммах которого U = 24 В. Определите напряжение на конденсаторе С1. Три конденсатора, емкости которых С1 = 2С2 = 3С3 = 4 мкФ, соединены последовательно и подсоединены к источнику, напряжение на клеммах которого U = 24 В. Определите величину заряда на конденсаторе С2. Три конденсатора, емкости которых С1 = 2С2 = 3С3 = 3 мкФ, соединены последовательно и подсоединены к источнику, напряжение на клеммах которого U = 24 В. Определите энергию электрического поля конденсатора С3. Конденсатор емкостью С1 = 3 мкФ был заряжен до разности потенциалов 40 В. После отключения от источника тока конденсатор был соединен параллельно с другим незаряженным конденсатором емкостью С2 = 5мкФ. Какое количество энергии (в мкДж) первого конденсатора израсходуется на образование искры в момент присоединения второго конденсатора? Два плоских воздушных конденсатора одинаковой электроемкости С1=С2 соединены последовательно и подключены к источнику тока, напряжение на клеммах которого U = 40 В. На какую величину ∆U1 изменится разность потенциалов на пластинах первого конденсатора, если пространство между пластинами второго конденсатора, не отключая источника тока, заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε= 7 ? Конденсаторы емкостью С1 = 5мкФ и С2 = 10мкФ заряжены до напряжений U1 = 60B и U2 = 100B соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими одноименные заряды. |