Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных конденсаторов

Порядок выполнения работы

1. Выключить ключи К₂ – К₄, предназначенные для параллельного соединения конденсаторов.

2. Нажать клавишу 8 переключателя П₂, соединив обкладки конденсаторов.

3. Переключатель П₁ поставить в положение 2.

4. Регулятором Р установить напряжение U_х = 5 В.

5. При помощи переключателя П₄, заряжая и разряжая батарею, определять величину отброса стрелки микроамперметра n_х. Измерения повторить 3 раза, результаты записать в таблицу 1.5.

6. Рассчитать по формуле (1.20) эквивалентную электроемкость батареи.

7. Для измерения емкости трех последовательно соединенных конденсаторов переключатель П₁ перевести в положение 3. Определить их эквивалентную электроемкость, выполняя операции в соответствии с пунктами 5-6.

8. Результаты измерений записать в таблицу 1.5.

9. Закончив измерения, нажать на клавишу 6 переключателя П₂ и выключить установку из сети.

10.Вычислить теоретическое значение эквивалентной емкости каждой батареи по формуле: 1/C_посл. = 1/C₁ + 1/C₂ +…+ 1/C_n.

11.Сделать вывод о проделанной работе.

Т а б л и ц а 1.5

Состав батареи конденсаторов	Uх, В	nх, дел	х, дел	Cх, бат, мкФ эксперим.	Cх, бат, мкФ теор.
Сх1, Сх2	5
Сх1, Сх2, Сх3

Контрольные вопросы

1. Что такое конденсатор, и какие существуют типы конденсаторов?

2. Что называется электроемкостью конденсатора, от чего она зависит? В каких единицах измеряется?

3. Как определяется заряд, напряжение и эквивалентная электроемкость при последовательном и параллельном соединении конденсаторов?

4. Как вычислить энергию конденсатора?

5. Что такое баллистическая постоянная и как экспериментально ее определить?

6. Объяснить методику эксперимента и вывести расчетную формулу.

II. Постоянный электрический ток

2.1. Электрический ток, его характеристики и условия существования

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

Условия появления и существования тока:

1) Наличие свободных электрических зарядов.

В металлах – свободных электронов, в электролитах – положительных и отрицательных ионов, в плазме – свободных электронов и ионов, в полупроводниках – электронов проводимости и дырок.

2) Наличие внешнего электрического поля.

Ток возникает под действием электрического поля. При этом равновесное распределение зарядов в проводнике нарушается, а его поверхность и объем перестают быть эквипотенциальными. На поверхности проводника тогда существует тангенциальная напряженность Е_τ ≠ 0 и Е_внутри ≠ 0. Электрический ток продолжается до тех пор, пока все точки проводника не станут эквипотенциальными.

Таким образом, для поддержания тока необходим источник электрической энергии – устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического тока.

Количественной мерой электрического тока является сила тока – скалярная физическая величина, равная заряду dq переносимого сквозь поверхность S за малый промежуток времени dt (в единицу времени). Под S понимают поперечное сечение проводника.

Электрический ток называется постоянным, если его направление и сила не изменяются с течением времени: .

Направление тока определяется вектором плотности тока j. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

– плотность тока численно равна отношению силы тока di сквозь малый элемент поверхности, перпендикулярный к направлению тока, к величине этого элемента поверхности.

, где α – угол между векторами n и j ; dS = n dS.

di = dN_j – поток вектора j через площадку dS.

Тогда сила тока через произвольную поверхность S будет: – поток вектора j через поверхность S.

Для постоянного тока в однородном проводнике с поперечным сечением S:

I = jS .

Плотность тока в металле

,

где n – концентрация электронов проводимости, -е – заряд электрона; ‹V› – средняя скорость дрейфа электронов.