ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 32
ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА С ПОМОЩЬЮ ГАЛЬВАНОМЕТРА
Цель работы:
усвоить понятие электроемкости и познакомиться с одним из экспериментальных методов определения емкости конденсатора.
Задача работы:
определить емкость конденсатора с помощью гальванометра, измерить электроемкость системы конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно.
I. УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ
При подготовке к лабораторной работе необходимо:
1)изучить следующие разделы теоретического материала: «Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы» ([1] – §24, 25, 26; [2] – §1.8, 1.11);
2)ответить на вопросы для самоконтроля;
3)подготовить бланк протокола выполнения лабораторной работы.
II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Электрическая схема установки приведена на рис.1. Основными ее элементами являются гальванометр Г, эталонный конденсатор с известной емкостью Сн и два конденсатора с неизвестной емкостью Сх1 и Сх2.
+
Сх1 Сх2
V 
Сх Сн 
Г
П
_
Рис. 1. Электрическая рабочая схема.
Г – гальванометр, V- вольтметр, Сн - эталонный конденсатор с известной емкостью, Сх1, Сх2 конденсаторы с неизвестной емкостью, П - переключатель.
Основу конструкции гальванометра магнитоэлектрической системы составляет легкая рамка, помещенная между полюсами постоянного магнита. При протекании по рамке тока на нее начинает действовать пара сил, стремящаяся повернуть рамку так, чтобы магнитный поток, пронизывающий контур рамки, был наибольшим. Вращаясь, рамка увлекает за собой стрелку гальванометра. Так как промежуток времени протекания тока по цепи рамки при разряде конденсатора мал по сравнению с периодом собственных
колебаний рамки, то можно считать, что величина А первого отклонения стрелки пропорциональна заряду Q, прошедшему по цепи рамки при разряде конденсатора:
Q = b A , |
(1) |
где b - постоянная гальванометра.
Постоянная гальванометра численно равна заряду, отклоняющему стрелку вместе с рамкой на одно деление шкалы прибора.
Емкость конденсатора С определяется соотношением:
C = |
Q |
, |
(2) |
|
U |
||||
|
|
|
где U - напряжение, до которого заряжен конденсатор. Из соотношений (1) и (2) получаем:
Q =b A =CH U .
Постоянную гальванометра b можно определить через емкость эталонного конденсатора:
b = |
CH U |
. |
(3) |
|
|||
|
A |
|
|
|
н |
|
|
Определив b , можно найти неизвестную емкость Сх испытуемого конденсатора:
CX = |
B AX |
, |
(4) |
|
U |
||||
|
|
|
где АХ - максимальное отклонение стрелки, соответствующее емкости CX .
III.ПРОГРАММА РАБОТЫ
1.Определить постоянную гальванометра b .
2.Измерить неизвестные емкости CХ1 и CХ 2 .
3.Определить емкость батареи из двух конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Сравнить экспериментально полученные значения с теоретическим расчетом.
IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Получив допуск к выполнению работы, включить установку в сеть.
2.Зарядить конденсатор СН до напряжения U. Записать в протокол величину этого напряжения.
3.С помощью переключателя П произвести разряд конденсатора на
гальванометр. Отметить АН - величину первого отброса стрелки гальванометра.
4.Повторить 5 – 7 раз измерение значения АН (п.п. 2 и 3) для определения погрешности АН.
5.Рассчитать по формуле (3) постоянную гальванометра b , а также абсолютную ошибку b и относительную - bb .
6.Зарядить до напряжения U конденсатор CХ1 , измерить отброс стрелки АХ1 при разряде этого конденсатора на гальванометр. Повторить измерения 5 – 7 раз.
7. Рассчитать по формуле (4) величину CХ1 ; оценить абсолютную погрешность
С
СХ1 .
8.Измерить емкость CХ 2 аналогично измерению CХ1 (п.п. 6,7).
9.Соединить последовательно конденсаторы CХ1 и CХ2 и определить емкость батареи из этих конденсаторов.
10.Соединить параллельно конденсаторы CХ1 и CХ 2 и определить емкость батареи из этих конденсаторов.
11.Сравнить результаты измерений в п.п.9 и 10 с теоретическим расчетом.
V.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯC Х1
1.Каковы условия равновесия зарядов на проводнике?
2.Почему поверхность проводника эквипотенциальна?
3.Как располагаются силовые линии электрического поля вблизи поверхности проводника? Почему таково их расположение?
4.Что называется конденсатором? Какие бывают конденсаторы? Назначение конденсаторов.
5.Что называется электроемкостью проводника и электроемкостью конденсатора?
6.Дать определение единицы измерения электроемкости.
7.От чего зависит электроемкость конденсатора?
8.Получить формулу электроемкости плоского конденсатора.
9.Получить формулу электроемкости батареи из двух конденсаторов, соединенных последовательно.
10.Получить формулу электроемкости батареи из двух конденсаторов, соединенных параллельно.
11.В чем суть измерения электроемкости конденсатора гальванометром?
12.Получить расчетную формулу для определения емкости CХ в данной работе.
13.Каков физический смысл постоянной гальванометра? В каких единицах она измеряется?
14.Дать вывод формулы для определения постоянной гальванометра.