Лабораторная работа № II-4

Определение емкости конденсатора

Цель работы: ознакомление с методами измерений емкости конденсаторов с использованием их параллельного и последовательного соединений.

Приборы и принадлежности: стенд с двумя конденсаторами (с известной и неизвестной емкости); источник постоянного напряжения, вольтметр с высоким входным сопротивлением, соединительные провода.

Введение

Конденсатором называется физический прибор, способный накапливать электрический заряд. Простейший конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин – обкладок, разделенных слоем диэлектрика. Обкладкам конденсатора сообщаются разноименные равные по модулю заряды.

Основной характеристикой конденсатора является его электрическая емкость. Это величина, равная отношению заряда q одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками ₁ -₂ =

U :

С = q / (φ₁ – φ₂) = q / U. (1)

Конденсаторы большой емкости изготавливают из свернутых в рулон двух лент металлической фольги разделенных тонкой лентой диэлектрика (лавсан, тефлон и т.д.). Такой конденсатор емкостью в 10 мкФ может иметь размер со спичечный коробок.

Конденсатор является одним из основных устройств в электротехнике и электронике. Их способность накапливать заряды используется в сглаживающих фильтрах выпрямителей. Поскольку конденсаторы не проводят постоянный ток, они используются для разделения постоянной и переменной составляющих тока.. В горном деле энергия заряженных конденсаторов используется при взрывных работах для воспламенения детонаторов. На импульсном выделении запасенной в конденсаторах энергии основан электрогидравлический способ очистки фильтров скважин. В процессах обогащении руд конденсаторы находят применение при электросепарации слабомагнитных руд. В состав электронных геофизических приборов конденсаторы входят как одна из основных частей. Разрабатываются специальные конструкции конденсаторов для работы во взрыво- и пожароопасных условиях.

Некоторые животные имеют специальный орган для накопления электрического заряда (например, электрический скат, электрический угорь). Этот орган представляет собой батарею конденсаторов под напряжением около 1 кВ. При разряде такой батареи выделяется мощность порядка 1 кВт.

Конденсаторы играют существенную роль при организации физического эксперимента.

Для получения необходимой емкости конденсаторы объединяют в батареи - параллельно (рис. 1) или последовательно (рис. 2).

При параллельного соединения общая емкость батареи равна сумме емкостей конденсаторов:

С_общ.=С₁+С₂+ С₃ ++С_n= C_i , (2)

где С_i – емкость i – ого конденсатора, С_общ – общая емкость батареи.

Рис. 1

При последовательном соединении суммируются величины обратные емкостям:

. (3)

Рис. 2

Описание экспериментального стенда

Принципиальная схема экспериментального стенда приведена на рис.3.

Рис. 3

Она включает конденсатор , емкость которого неизвестна и конденсатора емкостью 11,5 мкФ. В исходном состоянии конденсаторы соединены последовательно; их точка соединения - гнездо Г2; оно обеспечивает возможность подключения к этой точке соединительного провода от источника напряжения или от вольтметра. Электрические отводы от внешних обкладок конденсаторов заканчиваются гнездами Г1 и Г3. Кнопка КН служит для замыкания обкладок конденсаторов с целью их разрядки. К стенду подведены проводники от выходных клемм источника постоянного напряжения, они заканчиваются штекерами «шт 1» и «шт 2»; штекеры используются для подсоединения элементов стенда к источнику постоянного напряжения; для предотвращения короткого замыкания при непосредственном контакте штекеров, в цепь одного из них включено ограничительное сопротивление R1.