Описание экспериментальной установки и метода измерений

В данной работе используется резонансный метод опре­деления емкости конденсатора. Его сущность состоит в том, что колебательный контур, содержащий измерительный кон­денсатор, заполненный исследуемым жидким диэлектриком, и катушку индуктивности, настраивается в резонанс при изменении частоты ω внешнего переменного напряжения. Час­тота, при которой напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности достигают максимальных значений, называ­ется резонансной. При малом активном (омическом) сопротивлении R колебательного контура резонансная частота ω_рез приблизительно равна собственной частоте ω₀ колебаний в колебательном контуре:

,

где С' — электроемкость колебательного контура, L — индуктивность, откуда

(4.6)

Схема установки представлена на рис.4.1.

Рис. 4.1

Основной блок — колебательный контур, содержащий катушку индуктивности L, закрепленную в корпусе из оргстекла, и один из измерительных конденсаторов С. Резистор R1 имеет вспомо­гательное значение и обеспечивает нужный режим работы генератора. Измерительные конденсаторы смонтированы на общей панели и представляют собой коаксиальные цилиндры. Пространство между обкладками цилиндрических конденса­торов заполняется исследуемым диэлектриком. В конденсаторе 1 диэлектриком является воздух, в конден­саторе 2 — керосин и в конденсаторе 3 — масло.

Катушка индуктивности при помощи лапок крепится к клеммам измерительного конденсатора. В цепь колебатель­ного контура подключаются высокочастотный генератор Г синусоидального напряжения и ламповый вольтметр ЛВ, который служит для измерения напряжения на конденса­торе. Частоту колебаний генератора можно изменять в ши­роком интервале значений. При изменении частоты генера­тора показания вольтметра изменяются, достигая макси­мального значения при резонансе (ламповый вольтметр из­меряет эффективные значения напряжения ).

Порядок выполнения работы

1. Подключить катушку индуктивности и ламповый вольт­метр к клеммам конденсатора 1. Включить в гнезда, имею­щиеся на защитном корпусе катушки индуктивности, выход­ные провода генератора (земляной провод — белый).

2. Включить генератор и ламповый вольтметр в сеть с напряжением 220 В.

3. Установить переключатель диапазонов генератора в положение, указанное на установке.

4. Изменять частоту на выходе генератора с помощью ручки установки частоты и найти такое ее положение, при котором отклонение стрелки вольтметра максимально. Частоту ν₀, соответ­ствующую этому положению, и значение напряжения на конденсаторе занести в таблицу измерений (см. табл. 4.1).

5. Снять резонансную кривую колебательного контура с конденсатором 1, для чего снять показания вольтметра для пяти точек в диапазоне частот ν < ν₀ и пяти точек в диапазоне ν > ν₀ (всего 10 точек). Интер­валы между соседними значениями частоты вблизи резонан­са должны быть невелики: 0,02—0,1 МГц. Данные изме­рений занести в таблицу (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1

Конденсатор 1		Конденсатор 2		Конденсатор 3
ν, МГц	Uэфф, В	ν, МГц	Uэфф, В	ν, МГц	Uэфф, В
ν01 =		ν02 =		ν03 =

6. Переместить катушку индуктивности вместе с подво­димыми к ней «выходом» генератора и «входом» вольтметра клеммы конденсатора 2. Выполнить измерения, описанные в пп. 4, 5.

7. Переместить катушку индуктивности вместе с подводи­мыми к ней «выходом» генератора и «входом» вольтметра на клеммы конденсатора 3. Произвести измерения, описанные в пп. 4, 5.