Лабораторна робота Е–2

Визначення електроємності конденсаторів за допомогою балістичного гальванометра

Мета роботи: визначення електроємності конденсаторів методом порівняння.

Для зарядки різних по формі провідників до однакового потенціалу j їм необхідно надати різні заряди. Ця властивість провідників характеризується величиною, яка називається електро­ємністю:

, (1)

т.т. електроємність чисельно рівна заряду, який необхідно надати провіднику, щоб підвищити його потенціал на одиницю.

Величина C залежить від форми зовнішньої поверхні провідника, його лінійних розмірів, розташування провідника відносно інших провідників та від величини діелектричної проникності навколишнього середовища e.

Електроємність конденсатора дорівнює відношенню величини заряду до різниці потенціалів між пластинами:

. (2)

Якщо застосувати співвідношення (2) до двох конденсаторів (відомої та невідомої ємностей), що заряджені до однієї і тієї ж різниці потенціалів U, то можна отримати співвідношення

, (3)

де С_ет та q_ет С_х та q_х – ємність та заряд відповідно еталонного та вимірюваного конденсаторів.

В даному випадку відношення зарядів конденсаторів визначається за допомогою балістич­ного гальванометру, який являє собою пристрій магнітоелектричної системи з рухомою частиною на підвісі. Принцип дії пристрою заснований на взаємодії магнітного поля, створюваного постійним магнітом, зі струмом, що протікає по обмотці рамки. Як результат цього виникає обертаючий момент, що відхиляє рухому частину пристрою.

Балістичний гальванометр відрізняється від звичайної магнітоелектричної системи тим, що рухома частина його робиться більш масивною та має більший момент інерції. Якщо через гальванометр пропустити короткочасний струм (час протікання струму значно менший за період коливань підвісної системи), то кут повороту g його підвісної системи буде пропорційним не струму, а імпульсу струму, т.т. кількості електрики, що пройшла через гальванометр:

g=bq,, (4)

де b – балістична стала гальванометра (величина, чисельно рівна заряду, що відкидає систему на одиничний кут).

Зарядивши еталонний конденсатор ємністю С_em до деякої напруги U, розрядимо його через гальванометр. В цьому випадку

g_ет=bq_ет (5)

Якщо те саме зробити з конденсатором невідомої ємності (при тій же напрузі U), то

g_x=bq_x (6)

З рівнянь (3), (5) та (6) отримаємо робочу формулу для визначення ємності С_х

(7)

Для визначення ємності конденсатора описаним методом збирають схему, зображену на мал.2-1. Коли двополюсний перемикач L встановлений в ліве положення, відбувається зарядка конденсатора від батареї Б.Напруга регулюється потенціометром П. Коли перемикач встановлений в праве положення, конденсатор розряджається через гальванометр, паралельно якому під’єднаний гальмовий ключ К₁, що використовується для швидкого заспокоєння рухомої частини гальванометра. Цей ключ необхідно замикати на короткий час в той момент, коли “зайчик” гальванометра проходить через положення рівноваги.