Лабораторные работы по электричеству / lab6

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 6

«ГРАДУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ИНТЕГРАТОРА И ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА »

Цель работы: ознакомление с электролитическими интегрирующими приборами и их применением для измерения заряда и электроемкости; приобретение навыков численного интегрирования экспериментальных зависимостей (на примере расчета заряда, переносимого током, изменяющимся во времени).

Приборы и принадлежности: измерительная схема с водородным электролитическим интегратором типа Х602А и измеряемой электроемкостью.

Общие сведения.

Водородный электролитический интегратор предназначен для интегрирования тока. Типовая конструкция интегратора показана на рис. 1, схема включения на рис.2. Электролитическая ячейка 3 изготовлена из пластины пористого стекла, на которой закреплены спе­циальные, обратимо поглощающие и выделяющие водород, платиновые электроды 1 и 2. Пористая пластина пропитана электролитом (30%-ный раствор серной кислоты) и вместе с электродами помещена в герметичную стеклянную кольце­вую трубку 4, частично заполненную та­ким же электролитом 5 и представляю­щую собой, по существу, U-образный жидкостной манометр.

Положение мениска электролита в трубке-манометре может быть определе­но по шкале 6.

Свободное пространство трубки за­полнено водородом при нормальном давлении.

При прохождении электрического тока через пористую пластину в результате электрохимических реакций на катоде выделяется (а на аноде поглощается) водород, масса которого пропорциональ­на протекшему количеству электричества. Давление водорода в анодном колене трубки падает, а в катодном возрастает, поэтому электролит 5 смещается в сторону анода. Переклю­чение полярности электродов приводит к смещению электро­лита в обратном направлении.

Рис. 1

Рис. 2

Таким образом, направление смещения мениска зависит от направления интегрируемого тока, а скорость и величина смещения пропорциональны соответственно току и протек­шему заряду.

Электролитические интеграторы применяются для накоп­ления слабых электрических сигналов, для долговременного контроля работы электрических устройств и систем и т. д.

Их достоинство — в нечувствительности к радиопомехам и магнитным полям, в практической неограниченности времени интегрирования и времени хранения информации.

Методика измерений

Схема для градуирования интегратора и измерения емко­сти приведена на рис. 2.

Электролитический интегратор Р подключен к схеме через трехпозиционный переключатель S3: положение 0 — интегра­тор отсоединен от измерительной цепи; положение 2 — пе­ремещение мениска происходит в направлении увеличения показаний шкалы; положение 1 —мениск перемещается в сто­рону нуля шкалы.

Для градуирования интегратора измеряют миллиампер­метром ток через него и время прохождения тока. Сопротив­ление R ограничивает ток допустимыми значениями.

Емкость конденсатора С определяют по накопленному на заряду, измеряемому с помощью интегратора, и напря­жению на конденсаторе, измеряемому вольтметром.

Указания по выполнению наблюдений и обработке результатов

1. Включить измерительную цепь в сеть.

2. Сместить мениск в манометре интегратора в нулевое положение, для чего переключатель S3 поставить в положе­ние 1, переключатель S2 — в положение 1 и выждать необ­ходимое время.

3. Выполнить градуирование интегратора. Переключатель S3 перевести в положение 2 и начать с этого момента отсчет времени, записывая через каждые 50—100 с значение тока I и положение мениска интегратора N на шкале.

Построить график и зависимость смещения ме­ниска N от протекшего заряда Q.

4. Измерить емкость конденсатора.

Установить нулевое положение мениска в манометре ин­тегратора (см. п. 2), после чего отключить интегратор от из­мерительной цепи, переведя переключатель S3 в нулевое по­ложение.

Зарядить конденсатор от источника G (переключатель 81 поставить в положение 1).

Разрядить конденсатор через интегратор. Для этого переключатель S2 поставить в положение 2, S3—в положение 2, S1 — в положение 2.

Разряд конденсатора считать законченным при нулевом показании миллиамперметра.

Если смещение мениска за один разряд конденсатора мало, то процесс зарядки разряда конденсатора следует по­вторить несколько раз (с помощью переключателя S1), пока результирующее смещение мениска не превысит треть всей шкалы.

Емкость определить по формуле

,

где — число разрядов конденсатора, - суммарный заряд, измеренный интегратором; — напряжение источника питания. Оценить погрешность результата.

5. Выключить напряжение сети.

Протокол наблюдений

i	1	2	3	4	5	6	7
	40	80	120	160	200	240	280
	0,81
	32,4	64,8	97,2	129,6	162,0	194,4	226,8
	40	75	100	130	160	180	210

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	9,7	9,5	9,2	9,3	9,6	9,5	9,4	9,2	9,1	9,2	9,3

Выполнил: Мацяс, 0113

26.02.2001

Проверил: Осипов

Обработка результатов

1. По измеренным данным строим зависимость .

2. Находим для каждого значения I и t Q:

По формуле получим:

; ;;;

;;. По полученным значениям построим график зависимости N(Q).

3. По экспериментальным данным:

Для ; ; ; ; ; ; ; ;

; ; .

Рассчитаем среднее значение U с доверительной погрешностью:

,

.

Окончательно результат запишется в виде:

4. Т.к. сила тока на протяжении опыта была постоянной, то .

Оценим доверительную погрешность:

Погрешность в вычислениях Q могла возникнуть только при наличии погрешности при измерении I и t, т.к. Q зависит только от этих величин. Рассчитаем погрешность, учитывая косвенный результат измерений.

Окончательно результат запишется в виде:

5. Найдем емкость конденсатора и оценим его доверительную погрешность.

Окончательно результат запишется в виде:

Вывод: в ходе этой лабораторной работы мы ознакомились с электролитическими интегрирующими приборами и их применением для измерения заряда и электроемкости ; приобрели навыки численного интегрирования экспериментальных зависимостей (на примере расчета заряда, переносимого током, изменяющимся во времени). Построили графики зависимости и .