 |
Определение электроемкости конденсатора
|
|
|
|
ПРИ ПОМОЩИ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА
Цель работы: ознакомиться с одним из методов измерения электроемкости конденсатора.
Приборы и принадлежности: баллистический гальванометр; эталон емкости; конденсаторы; переключатель; вольтметр, источник тока
Теория метода и описание установки
Конденсатор – это устройство, состоящие из двух разноименно заряженных проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. В зависимости от назначения обкладки конденсаторов могут иметь различную форму (сферические, цилиндрические, плоские). Конденсаторы применяются для получения больших электрических емкостей.
Электроемкостью С конденсатора называется скалярная физическая величина, численно равная отношению заряда q одной из его обкладок к разности потенциалов 
между обкладками:
В СИ электроемкость измеряется в фарадах: 1Фарада (Ф) = 
.
На практике пользуются единицами электроемкости, равными долям фарады:
.
Конденсаторы можно соединять в батареи последовательно и параллельно. Для всех конденсаторов, включенных последовательно, характерна одинаковая величина заряда q на обкладках. Напряжение на каждом из конденсаторов равно:
.
Сумма этих напряжений равна разности потенциалов, приложенных к батарее: 
.
Так как 
, то 
, т.е. при последовательном соединении конденсаторов складываются величины, обратные их емкостям.
При параллельном соединении одна из обкладок каждого конденсатора имеет потенциал 
, а другая 
. Следовательно, на каждой из двух систем обкладок накапливается суммарный заряд:
.
Так как 
, то 
. Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов электроемкости складываются.
|
|
|
Простейшей конструкцией конденсатора является плоский конденсатор, состоящий из двух проводящих пластин, пространство между которыми заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью 
. Емкость плоского конденсатора определяется по формуле:
, где 
- электрическая постоянная;
S - площадь одной из пластин;
d – расстояние между пластинами (толщина диэлектрика).
Для определения емкости конденсатора собирают схему, изображенную на рисунке 1.
1 2
3 4
5 6
 | |||||
 | |||||
 | |||||
C
Рис 1
Здесь G – баллистический гальванометр;
С – исследуемый конденсатор.
Если рубильник переключателя установить в положение на заряд конденсатора, т.е. соединить клеммы 3 -> 5 и 4 -> 6, на обкладках конденсатора появится заряд: 
(1)
При переключении рубильника на клеммы 1 и 2 произойдет разряд конденсатора через гальванометр.
Заряд, проходящий через гальванометр, вызовет поворот подвижной системы гальванометра. Отметим на шкале баллистического гальванометра максимальное отклонение n «зайчика» (светового указателя).
, (2)
где 
- постоянная баллистического гальванометра.
Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получим
(3)
Пользуясь этим уравнением, можно найти постоянную баллистического гальванометра, включив в цепь эталонный конденсатор. Далее, зная и заменив эталон емкости на неизвестную емкость 
, можно найти неизвестную емкость.
Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение постоянной баллистического гальванометра
1. Собрать цепь по схеме рис. 1, включив эталонный конденсатор (С = 200 мкФ).
2. Установить «зайчик» гальванометра на нуль шкалы.
3. Установить рубильник в положение на заряд конденсатора.
4. Переключить рубильник в положение на разряд конденсатора через гальванометр и записать максимальное отклонение n “зайчика”.
|
|
|
5. Пункты 3, 4 повторить 3 – 5 раз и определить средний отброс n “зайчика”.
6. Из уравнения (3) найти постоянную баллистического гальванометра:
(4)
|
|
|
