Методика эксперимента
Электрическая схема установки приведена на рис.2.
С выхода выпрямителя постоянное напряжение поступает на реостат R, а с него регулируемое и измеренное вольтметром V постоянное напряжение U подается на двухпозиционный (позиции I и II) шестиконтактный переключатель K.
Баллистический гальванометр G, в качестве которого используется микроамперметр типа М95, служит для измерения заряда жил кабеля τ на единицу длины.
~220V
I
V
Тр
R
K
4 5
2
6 II 7
G
1
3
0
Рис.2
Градуировка баллистического гальванометра
Образцовый конденсатор С=0,1 мкФ подключается между клеммами 4 и 7 переключателя К. Включив переключатель К в положение I, заряжают емкость С до напряжения U. При переключении К в положение II производят разряд емкости С через баллистический гальванометр G. Пусть при этом число делений шкалы гальванометра, измеряющего заряд q емкости, составит, например, а делений.
Баллистическую постоянную S находят по формуле:
,
где S- баллистическая постоянная гальванометра (Кл на 1 деление),
q- заряд емкости (Кл),
С- емкость конденсатора (Ф),
U- напряжение (В),
а- число делений гальванометра.
Для более точного определения величины S необходимо произвести 3 измерения S при значениях U=6; 10; 15В и взять среднее.
Измерение емкостных коэффициентов жил кабеля
1. В основе этих измерений лежит принцип измерения заряда одной из жил кабеля, в то время как потенциалы двух других жил равны нулю.
Например, при измерении β11 первую жилу подключают к клемме 4 переключателя К, а остальные “заземляют”, соединив с минусом выпрямителя. Поэтому при включении переключателя К в положение I φ1=U, φ2=φ3=0. При переключении переключателя К в положение II жила I разрядится через гальванометр G, который при разряде отклонится, например, на а делений.
Согласно
первому из уравнений системы (2), в этом
случае τ1=β11U,
следовательно, β11=
,
где τ1=аS.
Итак,
β11=
,
где а – число делений гальванометра при данном измерении (дел.),
S
– постоянная гальванометра (
),
U – показания вольтметра V (В),
β11–емкостной
коэффициент I-й жилы, отнесенный к единице
длины (
).
Аналогично измеряют β22, β33, только в этих случаях соединяют сначала 2, затем третью жилы с клеммой 4, остальные с минусом выпрямителя (с клеммой 0) и затем при переключении К из положения I в II измеряют их заряды с помощью баллистического гальванометра G.
Все измерения проводят при значении U=10В.
2. Измерения емкостных коэффициентов β12, β13, β23.
Для измерения β12 вторую жилу кабеля соединить с зажимом 5 переключателя К, а первую жилу с зажимом 6 переключателя. Третью жилу соединить с минусом выпрямителя (клеммой 0 схемы). Таким образом, φ1=φ3=0 вследствие того, что первая жила соединяется с минусом через гальванометр, а третья жила непосредственно. При включении переключателя К в положение I жила 2 заряжается до потенциала φ2=U, а на жиле 1 индуцируется заряд τ1 на единице длины, который при быстром переключении К в положение II освобождается через гальванометр G и дает соответствующий отсчет гальванометра а делений. Так как βnk<0, n≠k, этот отсчет должен быть противоположного направления относительно нуля гальванометра, чем при измерениях βкк, что нужно предусмотреть переключением контактов G.
Как
следует из первого из уравнений системы
(2), в этом случае τ1=β12φ2=β12U.
Поэтому β12=
=
.
Аналогично определяются β13, β23. Вследствие симметрии определителя и осевой конструкционной симметрии кабеля β12=β13=β23, а также β12=β21, β13=β31, β23=β32.
Измерения проводят при значении U=10В.
Измерение и вычисление частичных емкостей жил кабеля.
3. Измерить собственные частичные емкости С11, С22, С33 кабеля. Для измерения С11 жилу 1 соединить с зажимом 4 переключателя К, а жилы 2 и 3 с зажимом 5 переключателя К.
При включении переключателя К в положение I все три жилы кабеля заряжаются до потенциалов φ1=φ2=φ3=U(В). При переключении К в положение II жила 1 разряжается через гальванометр G, а жилы 2 и 3 непосредственно.
Как следует из первого из уравнений системы (4),
τ1=С11(U-0)+C12(U-U)+C13(U-U),
откуда
получаем С11=
=
,
где а – отсчет по гальванометру в данном случае (дел.),
S
– постоянная гальванометра (
),
τ1
– заряд жилы на 1 м длины (
),
С11 – собственная емкость жилы 1 ( ).
Аналогично измерить С22, С33.
Измерения проводят при значении U=10В.
4. Проверить Скк расчетом:
С11=β11+β12+β13 ( ),
С22=β21+β22+β23 ( ),
С33=β31+β32+β33 ( ).
Рассчитать Сkn= - βkn при n≠k. Убедиться в справедливости Сkn=Cnk, т.к. βkn=βnk.