Обработка результатов измерений

1. В таблицы 1 и 2 внести параметры установки Δx, соответствующие пути электронов в поперечном электростатическом поле и равные длине обкладок конденсатора: Δx = L.

2. По формуле (3) рассчитать величины скорости υ₁электронов, получаемые ими при прохождении ускоряющего напряженияU_aмежду катодомКи анодомА. Полученные значения записать в таблицы 1 и 2.

3. По формуле (6), используя данные таблиц, рассчитать значение напряженности Еэлектростатического поля конденсатора по результатам заданий 1 и 2.

4. По формуле (7) рассчитать расстояние dмежду обкладками конденсатора. Найти его среднее значениеd_cp.

5. Сделать соответствующие выводы. Объяснить результаты заданий 1 и 2.

Контрольные вопросы

1. Что такое элементарный электрический заряд? Сформулируйте свойства электрических зарядов?

2. Дать определение электростатического поля и его основных характеристик.

3. Как движется электрон в продольном электростатическом поле?

4. Как движется электрон в поперечном электростатическом поле?

5. Выведите формулу расчета смещения электрона, прошедшего продольное и поперечное электрические поля с учетом начальной скорости.

6. Укажите примеры технических устройств, основанных на движении электронов в электрических полях.

Лабораторная работа №9 Определение электроемкости конденсатора

Цель работы:

1) Ознакомление с методом определения электроемкости конденсаторов по изменению разрядного напряжения.

2) Определение электроемкости конденсаторов и их соединений.

3) Экспериментальная проверка формулы электроемкости при параллельном и последовательном соединениях.

Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения, набор конденсаторов различной емкости, секундомер, резисторы.

Теоретическое введение

Конденсатор – это прибор, состоящий из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, которые в рабочем режиме заряжаются разноименно. Конденсатор служит для накопления электрических зарядов и электрической энергии. Электрическое поле конденсатора сосредотачивается почти целиком в пространстве между его обкладками. Основными характеристиками конденсатора являются его электроемкость и пробойное напряжение.

Электроемкостью называется физическая величина, численно равная заряду dq, который необходимо сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциалdφна единицу

Для конденсатора электроемкость определяется отношением заряда, накапливаемого на одной из обкладок, к разности потенциалов или напряжению на обкладках конденсатора (1)

Электроемкость конденсатора зависит от его размеров, формы и вида диэлектрика между обкладками, например, электроемкость плоского конденсатора определяется площадью Sего пластин, расстояниемdмежду пластинами, диэлектрической проницаемостьюεмежду пластинами и рассчитывается по формуле:

, (2)

где ε₀ = 8,85·10^-12Ф/м – электрическая постоянная.

Пробойное напряжение конденсатора U_П– это максимально допустимое напряжение, которое можно подавать на его обкладки. По величине пробойного напряжения определяют максимальный заряд, который может накопить данный конденсатор

Для получения необходимых зарядов и напряжений конденсаторы соединяют параллельно, последовательно и комбинированно. При последовательном соединении конденсаторов электроемкость определяется по формуле:

(3)

При параллельном соединении конденсаторов электроемкость определяется по формуле: (4)

Если в цепи соединены два конденсатора, то электроемкость при параллельном соединении:

(5)

при последовательном соединении:

(6)

Для определения электроемкости конденсаторов применяются различные методы. Одним из таких методов является определение электроемкости в процессе зарядки и разрядки конденсатора. Ток разрядки конденсатора через сопротивление Rизменяется со временем по закону

Аналогично изменяется и напряжение на обкладках конденсатора

(7)

Графически такая зависимость напряженияUна обкладках конденсатора от времениtпоказана на рисунке.

Зная напряжение U₀в момент времениt₀= 0, измеряют напряжение U в моменты времениt, и при известном значении сопротивленияRможно рассчитать электроемкостьCконденсатора.