Опис установки та методу вимірювання ємності
Схема лабораторної установки зображена на рисунку 1. Для вимірювання ємності конденсаторів в роботі використовують серійний промисловий вимірювальний прилад Е7-13 або інший серійний прилад. Принцип вимірювання ємності за допомогою приладу Е7-13 полягає в зрівнюванні напруги на ємнісному опорі з напругою на внутрішньому еталонному резисторі. На цифровому табло приладу висвітлюється число, яке відповідає значенню ємності досліджуваного конденсатора в пікофарадах (пФ). Підготовка вимірювального приладу до роботи та сам процес вимірювання детально описані в інструкції, яка знаходиться на лабораторному столі.
У даній лабораторній роботі досліджують два плоских конденсатори змінної ємності. В одному змінюється відстань між обкладками, у другому – площа перекривання пластин. Відстань між пластинами змінюють наближенням однієї з пластин до іншої нерухомої пластини або віддаленням від неї. Відстань між внутрішніми поверхнями пластин вимірюють штангенциркулем (або за шкалою лінійки приладу).
Площу перекривання пластин змінюють поворотом ручки досліджуваного конденсатора змінної ємності, який складається з багатьох паралельних пластин. Такого типу конденсатори використовують у радіоприймачах для настроювання їх на необхідну станцію (частоту). Поверхня зовнішньої обкладки конденсатора поділена радіальними лініями на шість секторів. Площу перекривання обкладок змінюють дискретно від 0 до S max з кроком 1/6 S max.
Для визначення діелектричної проникності матеріалу (середовища) між обкладками конденсатора вносять пластину діелектрика і щільно затискають її обкладками. Потім вимірють ємність при наявності діелектрика і при незмінній відстані між обкладками без діелектрика. Діелектричну проникність визначають як відношення ємностей:
ε =
.
Прилади та обладнання: плоскі конденсатори змінної ємності, прилад для вимірювання ємності, набір пластин діелектриків, штангенциркуль.
Порядок виконання роботи та опрацювання результатів
1. Підготувати вимірювальний прилад до роботи згідно з інструкцією, що знаходиться на лабораторному столі.
2. Зібрати установку за схемою, зображеною на рис. ЕП 3.1.
3. Приєднати конденсатор зі змінною площею перекривання пластин до клем Сх вимірювального приладу.
4. Змінюючи площу перекривання від 0 до S max з кроком 1/6 S max, виміряти ємність для випадків : S = 1/6 S max., 2/6 S max, 3/6 S max, 4/6 S max, 5/6 S max, 6/6 S max. Потім виміряти ємність для тих же секторів при зменшенні площі прекривання . Результати вимірювань занести до табл. ЕП 3. 1. Обчислити середнє значення ємності для кожного сектора. Результат записати у табл. ЕП 3. 1. Побудувати графік залежності ємності від площі перекривання пластин. Від’єднати конденсатор від приладу.
5. До клем Сх вимірювального приладу приєднати конденсатор, в якому можна змінювати відстань між обкладками. Виміряти ємності при відстанях 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 см.; результати записати у табл. ЕП 3.1. Потім виміряти ємності для тих же значень d в зворотному напрямку при зменшенні відстані. Результати записати у табл. ЕП 3. Обчислити середнє значення ємності для кожної відстані, результати занести в таблицю. Побудувати графік залежності ємності конденсатора від відстані між його обкладками.
6. Розташувати між обкладками конденсатора пластину діелектрика № 1, потім № 2 ( наприклад, дерево та гетінакс), щільно затиснути її обкладками і виміряти п’ять разів ємність конденсатора для кожного матеріалу діелектрика. Виміряти товщину пластини діелектрика.
7. За графіком С = f (d) визначити значення ємності плоского повітряного конденсатора для відстані d, що дорівнює товщині пластини діелектриків № 1 і № 2.
8. Обчислити п’ять разів діелектричну проникність матеріалу діелектриків за формулою
і =
.
Обчислити середнє значення для кожного діелектрика. Результати занести до табл. ЕП 3. 2. Статистично опрацювати результати визначення . Результати записати в інтервальній формі.
Таблиця ЕП 3.1
|
Площа Перекри-вання |
Ємність, пФ |
Відстань між пластинами, см |
Ємність, пФ | ||||
|
У пря- мому напрям-ку |
У зворот-ному напрямку |
Середнє значення |
У прямому напрямку |
У зворотному напрямку |
Середнє значення | ||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6/6 |
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця ЕП 3.2
|
Номер вимірю-вання |
C дер , пФ |
d , см |
|
С гетин , пФ |
d , см |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
Середнє значення |
|
|
|
|
|
|