Фізика / Лаб_роботи / Електромагнетизм / 2-3

Лабораторна робота №2-3

Лабораторна робота № 2-3

Вимір ємності конденсаторів за допомогою моста Сотті

Мета роботи: Визначення ємності конденсаторів. Перевірка формули ємності рівнобіжного і послідовного з'єднання конденсаторів

Обладнання: звуковий генератор, реохорд, магазин ємностей, досліджувані конденсатори, телефон із високим вхідним опором

Теоретичні відомості

Найпростіший конденсатор складається з двох металевих пластин (обкладок), розділених тонким діелектричним проміжком. Електричною ємністю С конденсатора називається відношення заряду q, накопиченого провідником при наданні йому потенціалу .

,

(1)

Для визначення ємності конденсатора можна скористатися містковою схемою, наведеною на мал. 1.

• ЗГ - звуковий генератор,

• О – Осцилограф,

• L1 і L2 - плечі реохорда,

• С₀ - конденсатор відомої ємності,

• С_х - досліджуваний конденсатор.

Змінна напруга від звукового генератора подається на діагональ CD мосту. Принцип виміру заснований на знаходженні такого положення повзунка D реохорду, при якому сигнал на осцилографі відсутній. Осцилограф є так званим індикатором нуля.

Для того, щоб у мості (коло осцилографа) не було струму, необхідно, як і завжди у випадку змінного струму, щоб напруги на кінцях містка були рівні як за амплітудою, так і за фазою. Як доводиться в теорії змінних струмів, обидві ці умови виконуються одночасно, якщо комплексні опори (Z) плечей місткової схеми задовольнять пропорцію

Z₂/Z_x=Z₁/Z₀

Індекси при Z у цій пропорції відповідають індексам при ємностях і опорах на мал. 1 у даному конкретному випадку

Z₁ =R₁, Z₂=R₂, Z₀ =1/(C₀), Z_x=1/(C_x)

Підставляючи ці значення Z у пропорцію та скоротивши множники частоти - , знаходимо співвідношення між C_x, R₁ і R₂, при котрому немає струму (сигналу) у містку (на осцилографі):

,

(2)

де R₁ і R₂ - опори плечей реохорда. Оскільки: ~ - довжині пліч реохорда, то:

(3)

У якості відомої ємності C₀ використовують магазин ємностей.

Порядок виконання роботи:

1. Встановити повзунок реохорду в середнє положення.

2. Подати на міст змінну напругу від звукового генератора.

3. Підібрати таке значення С₀ магазина ємностей, за якого рівень сигналу осцилографа буде мінімальним.

4. Знайти положення повзунка реохорда, за якого сигнал на осцилографі зникає.

5. Виміряти довжини пліч реохорда.

6. Обчислити ємність конденсатора за формулою (3),

7. Аналогічні виміри провести для другого досліджуваного конденсатора.

8. Зробити вимір ємності паралельно і послідовно з'єднаних конденсаторів.

9. Порівняти результати останніх вимірів зі значеннями, розрахованими за формулами для паралельного та послідовного з'єднання ємностей

	(4)
,	(5)

Обробка результатів

Результати вимірювань заносяться у таблицю:

№		C0 , Ф	L1 , м	L2 , м	C, Ф
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ЗНАЧЕННЯ
1	С1
2	С2
3	Послідовне з’єднання
4	Паралельне з’єднання		і
ТЕОРЕТИЧНІ ЗНАЧЕННЯ
5	Послідовне з’єднання
6	Паралельне з’єднання

Контрольні запитання

1. Фізичний зміст електроємності провідника.

2. Ємність плоского і циліндричного конденсаторів.

3. Правила паралельного та послідовного з’єднань конденсаторів.

4. Що таке струм зміщення?

Рекомендована література

1. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальна фізика: Електрика і магнетизм: Підручник. – К.: Вища шк., 1995. С.60-88.

2. Загальні основи фізики: У двох книгах. Кн.2. Електродинаміка. Атомна та субатомна фізика: Навч. посібник/ За ред. Д.Б.Головка, Ю.Л.Ментковського. – К.: Либідь, 1998. – С.30-43.

3. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики: Навч.посібник: У 2 кн. Кн..1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001. С.242-260.

4. Зачек І.Р., Кравчук І.М. та ін. Курс фізики: навчальний підручник. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2002. С.115-122.

©2004

- 3 -