Определение электрической емкости конденсатора баллистическим методом

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Электрической емкостью называется физическая величина, показывающая заряд, который способно накапливать тело при приложении к нему потенциала в 1В:

.

Конденсатор – тело, способное накапливать достаточно большой заряд. Простейший конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделенные слоем диэлектрика.

Под электроемкостью конденсатора понимают физическую величину, показывающую заряд, который способен накапливать конденсатор при приложении к нему напряжения в 1 В.

. (1)

Виды конденсаторов:

1. По электроемкости: конденсаторы постоянной емкости; конденсаторы переменной емкости.

2. По виду диэлектрика: воздушные; керамические; бумажные и т.д.

3. По форме обкладок: плоские; сферические и т. д.

Конденсаторы соединяются в батареи.

Виды соединения конденсаторов:

А) последовательное;

Б) параллельное.

Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов:

,

где n – число конденсаторов.

Для двух конденсаторов получим:

. (2)

Общая электроемкость при параллельном соединении конденсаторов:

. (3)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Для определения емкости конденсатора пользуются схемой, приведенной на рис.1, где ИП - исто­чник постоянного напряжения, V - вольтметр, С_х- исследуе­мый конденсатор, Кн - перек­лючатель, позволяющий под­ключать конденсатор к источ­нику питания или к гальванометру Г. Параллельно гальванометру подключен ключ Кл, который замыкают на короткое время перед измерением для установки светово­го луча ("зайчика") в начальное положение.

Как следует из (1), нахождение значения электроемкости связано с определением заряда Q на обкладках и напряжения U, которое определяется вольтметром V. Заряд Q можно измерить при помощи баллистического гальванометра. Главной частью гальванометра (рис. 2) является подвешенная на вертикальной нити Т рамка F, помещенная в поле постоянного магнита М. Скрепленное с рамкой зеркальце L служит для изме­рения угла поворота рамки гальвано­метра в магнитном поле при прохожде­нии по ней электрического тока. Заряд Q, протекающий через рамку, пропорционален первому отбросу светового луча:

,

где А - постоянная гальванометра, N - число делений шкалы для первого отброса светового луча. Значение пос­тоянной А можно определить, разряжая через гальванометр конденсатор известной ёмкости С, заряженный до напряжения U, тогда заряд конденсатоpa равен:

, и . (4)

ИЗМЕРЕНИЯ. 1. Собрать схему (рис. 1), подключить конденсатор известной емкости и зарядить его до напряжения, при котором во время разряда конденсатора "зайчик" по шкале гальванометра отклонится на 0,7….0,8 длины шкалы. Далее, определив средний отброс "зайчика" из 5 опытов по разрядке известного конденсатора, найти постоянную гальванометра А, используя (4).

2. Определить емкости двух конденсаторов С₁ и C₂ по известной постоянной гальванометра А. Для этого подключают вместо образцового сначала конденсатор С₁, потом C₂. Изменяя напряжение на конденсаторе, добиться отклонения "зайчика" на 0,7...0,8 длины шкалы. Определив средний отброс "зайчика" из 5 опытов, находят значения емкостей C₁ и C₂ из формулы (4).

3. Определить емкость батареи из двух конденсаторов при параллельном и последовательном соединении. Сравнить результаты опыта с результатами вычисления емкости батареи по формулам (2) и (3).

РЕЗУЛЬТАТЫ

С, мкФ	U, В	N1	N2	N3	N4	N5	Nср.	А, мкФ×В

№ опыта	U, В	N1	N2	N3	N4	N5	Nср.	C, мкФ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4э