Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лабораторна робота №2. Визначення електроємності конденсаторів і перевірка законів електростатики
|
|
Визначення електроємності конденсаторів і перевірка законів електростатики
Мета роботи: провести розрахунок електроємності плоского конденсатора за його лінійними розмірами і заданим значенням діелектричної проникливості середовища між його пластинами за формулою (2.25) і перевірити одержане значення методом порівняння реактивних опорів і дослідних ємностей в колі змінного струму низької частоти.
Теоретичні відомості, що стосуються даної лабораторної роботи приведені в розділі 2.4.
Електричну ємність конденсатора можна визначити, використавши закон Ома для змінного струму. Для ділянки кола, що містить конденсатор з ємністю С, закон Ома, записаний через ефективні значення струму І і напруги U, має вигляд:
, (2.45)
де 
- циклічна частота коливань струму у колі.
За допомогою цієї формули можна при почерговому під'єднуванні досліджуваних Сх і еталонної С0 ємностей до одного і того ж джерела змінного струму з однією і тією ж напругою U і незмінною частотою 
const. порівняти величини ємностей за значеннями ефективних струмів Іх і І0, що по них протікають. З (2.45) 
; 
, звідки отримуємо
. (2.46)
При співставленні вимірюваних ємностей з відомим 
і невідомим 
значеннями діелектричних проникливостей матеріалів шарів діелектрика між пластинами конденсатора згідно з (2.25) 
; 
. За цими формулами можна визначити невідому діелектричну проникливість матеріалу :
, 
(2.47)
де d і Сх – відповідно значення товщини шару діелектрика і ємності з відомим значенням діелектричної проникливості ; 
товщина шару діелектрика з невідомим значенням діелектричної проникливості , 
- відоме значення ємності конденсатора, що містить пластину з діелектрика з невідомою діелектричною проникливістю .
Порядок виконання роботи.
1. Розрахувати значення ємності плоского конденсатора з відомими значеннями діелектричної проникливості шару діелектрика між пластинами:
a) виміряти площу пластин конденсатора
S = ab.
де a і b - сторони прямокутних пластин конденсатора;
б) за допомогою мікрометра виміряти товщину d діелектричного шару міжпластинами конденсатора;
в) розрахувати значення ємності конденсатора за формулою (2.25).
2.
 |
Зібрати схему (див. Рисунок 2.14), де
А - мікроамперметр, С0 - еталонна ємність, С х - невідома ємність, виконана у вигляді плоского конденсатора, в конструкції якого передбачено використання різних діелектриків а (скло, ебоніт, пластик та ін.) П - двополюсний перемикач, з допомогою якого до джерела змінної ЕРС по черзі приєднується С0 і Сх.
3. Виміряти за допомогою мікроамперметра 
значення ефективних струмів I 0 і І х, які проходять через еталонну ємність C0 і невідому ємність Сх з різними діелектриками між пластинами конденсатора.
4. За формулами (2.46) і (2, 47) визначити значення невідомих ємностей Сх і невідомих діелектричних проникливостей 
запропонованих матеріалів.
5. Визначити похибки вимірювань і розрахунків ємностей С0 і Сх і діелектричної проникливості відповідно до використаних формул (2.25) (2.46) і (2.47). Для цього в роботі подано значення еталонних величин ємності С0 і діелектричної проникливості 
абсолютні 
С, 
і їх відносні похибки 
і 
. Абсолютні похибки при вимірюванні лінійних розмірів a, b і d необхідно прийняти рівними половині точності вимірювальних приладів (найменшої ціни поділки вимірювальних приладів): 
мм = 5 10-4 м.
; 
;
при вимірювані мікрометром величини d
0.025 мм = 2, 5 10-5 м;
Абсолютні 
, 
і відносні 
, 
похибки при вимірюванні сили струмів І0, І належить визначити за класом точності мікроамперметра ;
Кл. Точн. = 
,
Де Іmax – верхня межа 
, тоді 
і відповідно
= 
і 
. За теорією похибок відповідно до формул (2.25), (2.46) і (2.47)
; (2.48)
;
; (2.49)
.
. (2.50)
1. Пропонується розрахунки виконувати в системі SІ, а потім виразити їх в дольових одиницях ємності (мкФ, пкФ). Усі вимірювання і розрахунки фізичних величин пропонується внести в табл. 1, 2.
2. Належить порівняти виміряні і розраховані значення ємності і проаналізувати похибки.
3. За рекомендацією викладача студенту може бути запропоновано виміряти електроємності за допомогою вимірювача ємності і індуктивності Е12-1А.
Контрольні запитання.
1. Що таке електрична ємність, в яких одиницях вона вимірюється?
2. Чому діелектрик збільшує ємність конденсатора?
3. Який фізичний зміст має відносна діелектрична проникливість?
4. Що таке ефективні значення змінного струму і напруги?
5. Від чого залежить ємнісний реактивний опір у колі змінного струму?
Таблиця 1.
Теоретичний розрахунок електроємності плоского конденсатора з відомим
|
| 
| 
| a | 
| 
| b | 
| 
| d | 
| 
| C | 
| 
|
Таблиця № 2
Визначення електроємності плоского конденсатора з різними діелектриками і розрахунок їх діелектричних проникливостей.
| № п/п | 
| 
|
| 
|
|
| Іx |
| 
| 
| 
| 
|
(продовження таблиці № 2)
| № п/п | 
|
| 
| 
|
| 
|
| 
| 
|
| 
| 
|
|
|