Здесь g – баллистический гальванометр;

С – исследуемый конденсатор.

Если рубильник переключателя установить в положение на заряд конденсатора, т.е. соединить клеммы 3 -> 5 и 4 -> 6, на обкладках конденсатора появится заряд:(1)

При переключении рубильника на клеммы 1 и 2 произойдет разряд конденсатора через гальванометр.

Заряд, проходящий через гальванометр, вызовет поворот подвижной системы гальванометра. Отметим на шкале баллистического гальванометра максимальное отклонение n «зайчика» (светового указателя).

, (2)

где - постоянная баллистического гальванометра.

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получим

(3)

Пользуясь этим уравнением, можно найти постоянную баллистического гальванометра, включив в цепь эталонный конденсатор. Далее, знаяи заменив эталон емкости на неизвестную емкость, можно найти неизвестную емкость.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение постоянной баллистического гальванометра

1. Собрать цепь по схеме рис. 1, включив эталонный конденсатор (С = 200 мкФ).

2. Установить «зайчик» гальванометра на нуль шкалы.

3. Установить рубильник в положение на заряд конденсатора.

4. Переключить рубильник в положение на разряд конденсатора через гальванометр и записать максимальное отклонение n “зайчика”.

5. Пункты 3, 4 повторить 3 – 5 раз и определить средний отброс n “зайчика”.

6. Из уравнения (3) найти постоянную баллистического гальванометра:

(4)

Задание 2. Определение емкости конденсатора

1. Заменить эталонный конденсатор конденсатором неизвестной емкости .

2. Повторить пункты 3, 4, 5 из задания 1.

3. Из уравнения (3) найти неизвестную емкость

(5)

Задание 3. Определение емкости батареи из двух конденсаторов при параллельном и последовательном соединениях

1. Исследуемую емкость составить из двух конденсаторов, соединив их параллельно, а затем последовательно.

2. Повторить пункты 3, 4, 5, рассчитать по формуле (5) емкость полученных батарей конденсаторов.

3. Сравнить результаты опытов с результатом вычислений емкости батарей по известным формулам.

Контрольные вопросы

1. Что называется электроемкостью проводника, конденсатора? В каких единицах она измеряется?

2. Что представляет собой конденсатор? Виды конденсаторов.

3. Начертите схемы параллельного и последовательного соединения конденсаторов. Чему равна емкость батареи конденсаторов, соединенных параллельно? последовательно?

4. Что такое постоянная баллистического гальванометра, и как она определяется?

Литература

1. Курс общей физики А.С. Шубин

2. Курс физики Р.И. Грабовский

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.3

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

МЕТОДОМ МОСТИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Приборы и принадлежности: реохорд (калиброванная проволока, натянутая вдоль миллиметрового масштаба); гальванометр; магазин сопротивлений; источник постоянного тока (аккумуляторная батарея или гальванический элемент); ключ; измеряемые сопротивления (две катушки №1 и №2).

Теория метода и описание установки

В проводниках первого рода при наличии электрического поля происходит упорядоченное движение свободных электронов между узлами кристаллической решетки. Это направленное движение электронов принято называть электрическим током.

Упорядоченное движение свободных электронов в металле непрерывно тормозится вследствие столкновений этих электронов с ионами решетки. Это является причиной электрического сопротивления проводника. Электрическое сопротивление проводника (или просто сопротивление) R зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сеченияS:

,

где - удельное сопротивление проводника.

Единицу сопротивления можно найти из закона Ома:

.

За практическую единицу сопротивления 1 Ом принимается сопротивление такого проводника, по которому при разности потенциалов на его концах, равной 1 В, проходит ток в 1 А.

Для определения сопротивлений проводников существуют различные методы. Одним из них является метод мостика постоянного тока (мостик Уитстона). Способ измерения сопротивлений при помощи мостика является очень точным и весьма часто применяется в лабораторной практике. Принципиальная схема метода мостика дана на рис. 1. Разберем метод монтажа для измерения сопротивления.

Измеряемое сопротивление и три других переменных сопротивления,исоединяются так, что образуют замкнутый четырехугольникACBD. В одну диагональ четырехугольника включен гальванометр G (этот участок и является мостиком), а в другую, через ключ К, - источник постоянного тока Е. При замыкании ключа гальванометр покажет наличие тока в цепи CD, но можно так подобрать сопротивления ,и, что потенциалы точекC и D станут равными, тогда ток в цепи гальванометра будет отсутствовать (при замыкании ключа К стрелка гальванометра останется на нуле).

С

А G B

D

К Е

Рис 1

Рис 2

В этом случае имеют место следующие соотношения:

и , (1)

т.е.

(2)

и

. (3)

Применяя к узлам C и D первое правило Кирхгофа, будем иметь

; .

Деля уравнение (2) на уравнение (3) и произведя сокращения, получим

.

Искомое сопротивление

. (4)

На практике сопротивлением служит магазин сопротивлений. Двумя другими сопротивлениямииявляются части реохорда АВ (рис 2). По проволоке реохорда перемещается подвижной контактD, соединенный с гальванометром G. Этот контакт делит реохорд на части AD и DB.

Вследствие того что проволока реохорда однородна и тщательно калибрована, отношение сопротивлений участков цепи AD и DB (плеч реохорда) можно заменить отношением соответствующих длин плеч реохорда и, т.е.

. (5)

Подставив (5) в (4), получим окончательную формулу для определения сопротивления

, (6)

где и- длины плеч реохорда при нулевом положении стрелки гальванометра.