Описание экспериментальной установки. При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная емкости батареи, равна сумме величин

При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная емкости батареи, равна сумме величин, обратных емкостям конденсаторов, входящих в батарею.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Метод измерения

Измерение емкости конденсатора можно осуществить различными методами. В данной работе в основу измерения емкости положено соотношение между зарядом конденсатора q, его емкостью C и разностью потенциалов U на обкладках конденсатора (9):

. (22)

Измерение емкости конденсатора включает в себя градуировку интегратора тока и определение неизвестной емкости двумя методами.

В данной работе для измерения заряда используется интегратор тока. Такое название прибора обусловлено формулой, связывающей величину заряда конденсатора , прошедшего при его полном разряде через интегратор, с изменяющимся током разряда :

. (23)

При этом величина заряда, прошедшего через интегратор, пропорциональна показанию вольтметра на его выходе:

, (24)

где – градуировочная постоянная интегратора.

Расчетную формулу для измеряемой емкости найдем, используя равенства (22) и (24):

. (25)

Определение градуировочной постоянной (градуировку интегратора) выполняют также с помощью формулы (25), проводя измерения для эталонного конденсатора с известной емкостью . При этом выражение

(26)

позволяет рассчитать величину (величины с индексом «э» относятся к измерениям с эталонным конденсатором).

Для проверки правильности градуировки интегратора нужно с его помощью провести измерение неизвестной емкости . Затем значение полученной емкости необходимо сравнить со значением , измеренным другим методом, например, с помощью мультиметра.

Описание экспериментальной установки

Схема электрической цепи представлена на рис. 8, монтажная схема –

на рис. 9.

Рис. 8. Электрическая схема: 1 – регулируемый источник постоянного напряжения «0…+15 В»; 2 – переключатель; 3 – миниблок «Ключ»;

4 – исследуемый конденсатор С; 5 – демпфирующий ключ; 6 – интегратор тока; 7 – миниблок «Интегратор тока»; 8, 9 – мультиметры (режим V 20 В, входы COM, VΩ)

Для зарядки конденсатора переключатель 2 устанавливают в положение «А», а демпфирующий ключ 5 замыкают (положение «Сброс»). Конденсатор заряжают до напряжения (не более 2 В), контролируемого вольтметром 9. Перед измерением демпфирующий ключ 5 размыкают, а переключатель 2 переводят в положение «В». При этом заряд, имеющийся на обкладках конденсатора, пройдет через интегратор тока и будет зафиксирован вольтметром 8 (показание вольтметра ). В дальнейшем вследствие утечек напряжение, зафиксированное вольтметром 8, может меняться.

Рис.9. Монтажная схема:

3 – миниблок «Ключ»; 7 – миниблок «Интегратор тока»; 8, 9 – мультиметры

Выполнение измерений

1. Для правильного выбора величины напряжения зарядки, отчитываемому по мультиметру 9, в начале измерений возьмите наибольшую измеряемую емкость. Она получается при параллельном соединении конденсаторов и .

2. Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 9, подключив конденсаторы и параллельно. Значение эталонной емкости запишите в табл. 1.

3. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

4. Зарядите конденсаторы, для этого:

а) демпфирующий ключ 5 установите в положение «Сброс»;

б) переключатель 2 (тумблер) установите в положение «А»;

в) изменяя напряжение зарядки конденсатора кнопками установки напряжения «0…+15 В», установите его не более 2 В (отсчет по мультиметру 9).

5. Разрядите заряженные конденсаторы через интегратор, для этого:

а) разомкните демпфирующий ключ 5;

б) переведите переключатель 2 в положение «В». Если при этом загорится индикатор перегрузки у интегратора тока, уменьшите напряжение зарядки конденсаторов. Запомните максимальное показание мультиметра 8 непосредственно после разряда конденсатора.

6. Повторите пп. 4 и 5 несколько раз, подобрав такое напряжение зарядки (показания мультиметра 9) , при котором напряжение разрядки (показания мультиметра 8) составило бы 8–10 В (величина, пропорциональная заряду конденсатора). Запишите напряжение в табл. 1 и далее в ходе лабораторной работы не изменяйтеего.

Таблица 1. Напряжения на конденсаторах и на батареях конденсаторов

№	Эталонный конденсатор = мкФ	Определение емкости
Неизвестный конденсатор	Соединение конденсаторов
параллельное	последовательное
	= В	= В	= В	= В
	,В	,В	,В	,В
Среднее

7. Не меняя напряжение зарядки , выполните 5 измерений , записывая значения в табл. 1.

8. Соедините и последовательно.Напряжение оставьте равным . Выполните 5 измерений и запишите результаты втабл. 1.

9. Проведите отдельно измерения величины для эталонного конденсатора и величины для конденсатора неизвестной емкости .

Величины и остаются равными и . Результаты измерений записываются в табл. 1.

10. Проверьте правильность градуировки интегратора, для этого:

а) с помощью мультиметра измерьте неизвестную емкость конденсатора ;

б) результат запишите в табл. 2 (погрешность измерения мультиметром =5 %).

11. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.