Лаба по физике. Лабораторная работа 4 определение ёмкости конденсатора методом периодической зарядки и разрядки николаев В. Р. Кт4220
 Скачать 33.48 Kb.
|
|
Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования “Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова” Кафедра общей физики Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА МЕТОДОМ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ Выполнил: Николаев В.Р. КТ-42-20 Принял: доц. Семёнов В.И. г. Чебоксары 2021 Приборы и принадлежности: автоматический переключатель РП-5, вольтметр, два конденсатора, реостат, источник напряжения постоянного тока и микроамперметр. Теоретическое введение Если заряженный конденсатор разрядить через баллистический гальванометр (см. описание гальванометра), то по первому отклонению его подвижной системы можно определить величину заряда конденсатора. Но если разряд осуществить через гальванометр с малым моментом инерции подвижной системы, то заряд можно определить лишь в случае, когда известна величина тока в гальванометре для всех моментов времени разряда. Тогда учитывая , что  получим dQ = ldt откуда ,  , что соответствует площади , указанной на (рис 1) . Периодически заряжая и разряжая конденсатор через обычный гальванометр-микроамперметр, обладающий периодом колебаний во много раз больше, чем время разряда конденсатора, получаем отклонение микроамперметра, не изменяющееся со временем (постоянное отклонение). Это отклонение соответствует токупредставляющему его среднее значение за время, пока идет процесс перезарядки конденсатора(рис.2) Так как численно равно количеству  электричества, протекающему через микроамперметр за 1с, протекающий заряд будет равен  , где Q – заряд конденсатора , N – число разрядов за то же время, Выражая через емкость конденсатора С и напряжение U получим Q = CU; I0t = CU или I0 = CU = CU ; (1) где  – число разрядов за 1 секунду, = 50 Гц. Полученное соотношение может быть использовано для определения одной из величин, входящих в него. В этой работе оно применяется для определения неизвестных емкостей двух конденсаторов и емкости при их параллельном и последовательном соединении.  Рис.1 Рис.2 Описание аппаратуры и методы измерений Исследуемый конденсатор (рис.3) заряжается от источника ЭДС, а затем автоматически действующий переключатель отсоединяет одну из обкладок источника и замыкает обкладку конденсатора на миллиамперметр. При (0-100В) этом конденсатор разряжается. Цикл зарядка разрядка повторяется с частотой работы переключателя 50 раз в секунду. Сопротивление миллиамперметра и емкость конденсатора выбраны столь малыми, что конденсатор успевает зарядиться или разрядиться менее чем 1/100 с. Период собственных колебаний подвижной системы миллиамперметра значительно больше этой величины, Устанавливая с помощью потенциометра известную разность потенциалов, измеряемую вольтметром, и измеряя показания миллиамперметра, можно определить неизвестную емкость конденсатора  (2)Если все опыты проводились при одном и том же постоянном напряжении (например, 40 В) и учесть, что Ф=50 Гц также постоянна, то расчетную формулу можно представить в таком окончательном виде  (3)При расчете погрешности С исходим из формулы (2)  (4)Погрешностью частоты переменного тока можно пренебречь ввиду ее малости. В качестве переключателя в работе применено специальное устройство - поляризованное реле. Схема его показана на рис.4. На подковообразный железный сердечник М намотана намагничивающая катушка В, по которой поступает переменный ток с частотой 50 Гц. Посередине между концами сердечника М помещен намагниченный стержень-якорь. Если в катушке тока нет, якорь располагается точно посередине между наконечниками Р и S. Когда в катушке идет ток, то создается магнитное поле, плоская пружина, удерживающая якорь в среднем положении, изгибается и якорь притягивается к одному из полюсов Р или S в зависимости от направления тока в катушке B. При этом клемма соединяется через якорь и контакты K и L поочередно с клеммами 2 и 3. Тем самым (Рис. 4) конденсатор С то заряжается, то разряжается 50 раз в секунду.   Рис. 3 Рис.4 Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений 1. Собирают схему согласно рис.3, включая конденсатор неизвестной емкости С1. 2. Подключают схему к сети и с помощью потенциометра устанавливают на конденсаторе напряжение U не более указанного на установке. 3. Включают автоматический переключатель и измеряют ток микроамперметром. 4. Те же опыты проделывают для второго конденсатора C2 и для их параллельного и последовательного соединений (все измерения проводятся по 3 раза и находят среднее значение измеряемых величин). 5. По данным измерений определяют емкости конденсаторов С1 и С2 и емкости при их последовательном и параллельном соединениях (  и  ) Зная величины С1 и С2 теоретически рассчитывают емкости батарей при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов С и С"  (5) ,  (6)Сравнивают их с измеренными и .Протокол результатов наблюдений и результатов
|