Второй уровень
Цель работы: экспериментальное определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов.
В результате выполнения лабораторной работы студенты должны знать:
- формулы электроемкости и единицу измерения электроемкости в СИ;
- соединения конденсаторов в батареи и расчет их общей электроемкости;
уметь:
- собирать электрическую цепь по схеме;
- определять электроемкость исследуемого конденсатора опытным путем;
- определять электроемкость батареи конденсаторов опытным путем.
Основные теоретические положения
Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая емкость С – физическая величина, равная отношению заряда Q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками: C=Q/U. Выражается в СИ в фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.
Оборудование: источник электрической энергии 6В, миллиамперметр, конденсаторы (3 – 4 шт.) известной емкости (1 – 6 мкФ), конденсатор неизвестной емкости, двухполюсный переключатель, соединительные провода.
Правила техники безопасности (Приложение Д).
Порядок выполнения работы
Задание I: Определить электроемкость исследуемого конденсатора.
Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1. В цепи установите один из конденсаторов известной емкости.
Рис.1
Зарядите конденсатор, для этого соедините его (переключателем) на короткое время с источником электрической энергии.
Замкните быстро конденсатор на измерительный прибор, сосредоточив внимание на миллиамперметре, и определите число делений, соответствующее максимальному отклонению стрелки.
Повторите опыт для более точного определения числа делений n (если результаты будут разные, то для расчета возьмите среднее значение) и найдите отношение найденного количества делений к емкости взятого конденсатора С: n/C = k
Повторите опыт 2 – 3 раза с другими конденсаторами известной емкости.
Начертите таблицу 1 для записи результатов измерений и вычислений.
Таблица 1
Номер опыта |
Емкость конденсаторов С, мкФ |
Число делений по шкале мили амперметра n |
Отношение числа делений к емкости n/C=k |
Найденная емкость конденстора
|
Относительная Погрешность
|
|
|
|
|
|
|
мкФ
Запишите результаты измерений и вычислений в таблицу 1.
Повторите опыт (п. 1 – 4) с конденсатором неизвестной емкости
Определите
в этом случае число делений
и найдите емкость из соотношения
Определите относительную погрешность измерения электроемкости, узнав у преподавателя емкость исследуемого конденсатора и приняв ее за табличное значение.
Задание II: Определить электроемкость батареи параллельного соединения конденсаторов.
Составьте электрическую цепь по схеме изображенной на рис.2, включив в нее два параллельно соединенных конденсатора известной емкости.
Рис.2 Рис.3
Повторите опыт (п. 8 задание I) и найдите емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов
Проверьте соотношение
и сделайте вывод.
Задание III: Определить электроемкость батареи последовательного соединения конденсаторов.
Составьте электрическую цепь по схеме изображенной на рис. 3, включив в нее два последовательно соединенных конденсатора известной емкости.
Повторите опыт (п. 8 задание I) и найдите емкость батареи последовательно соединенных конденсаторов
Проверьте соотношение
и
сделайте вывод.
Задание IV: Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.
Контрольные вопросы.
Конденсатор в переводе – сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?
2. Объяснить, можно ли соотношение C=Q/U прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками?
3. Почему емкость конденсатора постоянна?
4. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу его емкости.
5. Задача: Определить заряд батареи конденсаторов, соединенных так, как показано на рис.4.Емкость каждого конденсатора (в мкФ) указана на рисунке.
Рис.4
Форма контроля - письменный отчет
Список рекомендуемой литературы:
Мякишев Г.Я. Физика 10 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 366 с. + CR-ROM.