Описание установки

На рисунке показана модель для проведения виртуального лабораторного эксперимента, с помощью которой можно наблюдать изменение напряжения на конденсаторе со временем. При замыкании ключа К в положение 1 конденсатор С заряжается через сопротивление от источника постоянной эдс до напряженияU₀. При переключении ключа К в положение 2 заряд конденсатора проходит через активное сопротивлениеRи напряжение на обкладках конденсатора уменьшается по закону (7).

Выражение (7) можно переписать в виде

(8)

Время τ, в течение которого напряжение на конденсаторе уменьшается вeраз (е– основание натурального логарифма), называется временем релаксации. Т.о., если, то

(9)

т.е. по известному значению разрядного сопротивления Rи измеряемому значению времениτможно определить электроемкость конденсатора С.

Порядок выполнения работы

С помощью мыши установите свой вариант, выпишите значение Rв соответствии с вашим вариантом.R=_____________

Задание 1

1) Собрать электрическую цепь с конденсатором С₁неизвестной емкости (она собрана по умолчанию).

2) Зарядить конденсатор от источника постоянной эдс, замкнув ключ К₁в положение 1 (вверх), включить источник питания.

3) Перебросить ключ К₁в положение 2. Следить за изменением напряжения на конденсаторе и зафиксировать времяτ. Результаты измерений занести в таблицу 9

4) Провести измерения, повторив пункты 2 и 3, еще два раза.

Таблица 1

Объект исследования	Номер измерения	τ, с	C, Ф	Cср, Ф	ΔC, Ф	δ, %
Конденсатор C1	1
	2
	3
Конденсатор C2	1
	2
	3
Парал. соедин. конд. C1и C2	1
	2
	3
Послед. соедин. конд. C1 и C2	1
	2
	3

5) Собрать электрическую цепь с конденсатором С₂неизвестной емкости (нажать Схема 2) и провести измерения, повторив пункты 2-4.

6) Собрать электрическую цепь с параллельно включенными конденсаторами С₁и С₂(нажать Схема 3) и провести измерения, повторив пункты 2-4.

7) Собрать электрическую цепь с последовательно включенными конденсаторами С₁и С₂(нажать Схема 4) и провести измерения, повторив пункты 2-4.

Обработка результатов измерений

1) По данным таблицы 9, используя значение времени релаксации τ, по заданному значению активного сопротивленияR(см. в данных установки) вычислить значения электроемкостей конденсаторов C₁, C₂, C_парали C_посл, используя формулу (9).

2) Вычислить средние значения электроемкостей, найти их абсолютные и относительные погрешности (как при многократных измерениях). Результаты вычислений внести в таблицу 9

3) По формулам (5) и (6) вычислить значения теоретические значения электроемкостей C_парали C_посл, взяв средние значения C_1сри C_2сриз таблицы 1. Результаты расчетов внести в таблицу 2.

4) В таблицу 2 вписать средние значения экспериментально полученных электро­емкостей параллельно и последовательно соединенных конденсаторов. Сравнить экспери­ментальные и теоретические значения электроемкостей соединений конденсаторов.

Таблица 2
C1ср, Ф	C2ср, Ф	Cпарал.ср, Ф (эксперим.)	Cпарал, Ф (теорет.)	Cпосл.ср, Ф (эксперим.)	Cпосл, Ф (теорет.)

Контрольные вопросы:

1) Дать определение электроемкости уединенного проводника, конденсатора. Указать единицы измерения электроемкости.

2) Что такое конденсатор? Какие виды конденсаторов (по форме обкладок) существуют (кратко опишите их)?

3) От чего зависит электроемкость конденсатора? Запишите формулы расчета электроемкостей для разных (по форме обкладок) конденсаторов

4) Запишите формулы расчета электроемкости конденсаторов при параллельном и последовательном соединениях.

5) Какой способ измерения электроемкости конденсаторов использован в данной работе?

Тесты (правильным может быть не только один ответ):

1) Электроемкость плоского конденсатора можно рассчитать по формуле:

А) б)в)г)

2) Электроемкость какого объекта рассчитывается по формуле (напротив формулы напишите объект)…

а) ____________________________________________

б) ____________________________________________

в) ____________________________________________

г) ____________________________________________

3) Энергию заряженного конденсатора можно рассчитать по формуле…

а) б)в)г)

4) Чему равна электроемкость Земного шара, если считать радиус Земли равным 6400 км?

а) 6400 Ф б) 6,4 Ф в) 711 мкФ г) 711 Ф

5) Чему равна электроемкость системы конденсаторов соединенных по схеме, изображенной на рисунке, если С₁=3 мкФ, С₂=1 мкФ, С₃=2 мкФ, С₄=3 мкФ?

6) Воздушный плоский конденсатор зарядили до напряжения Uи затем отключили от источника питания. После этого раздвинув пластины, сделали расстояние между ними в два раза больше и заполнили диэлектриком с проницаемостью 6. Как изменились заряд и энергия конденсатора?

а) заряд не изменился, а энергия увеличилась в 3 раза

б) заряд не изменился, а энергия уменьшилась в 3 раза

в) энергия не изменилась, а заряд увеличился в 3 раза

г) энергия не изменилась, а заряд уменьшился в 3 раза

7) Воздушный плоский конденсатор зарядили до напряжения Uи затем, не отключая его от источника питания, раздвинули пластины, сделав расстояние между ними в два раза больше, и заполнили диэлектриком с проницаемостью 6. Как изменились заряд и энергия конденсатора?

а) заряд не изменился, а энергия увеличилась в 3 раза

б) энергия не изменилась, а заряд увеличился в 3 раза

г) и заряд и энергия увеличились в 3 раза

д) и заряд и энергия уменьшились в 3 раза

Вывод: