Послідовність виконання роботи. Українська державна академія залізничного транспорту

Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра «Фізика»

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3.2

„Визначення електричної ємності конденсатора
за допомогою лічильного пристрою ПС-100”

Роботу виконав: студент(ка)

(прізвище, ім’я, по-батькові)

(курс) (група)

« » 200 р.

Роботу прийняв:

(прізвище та ініціали викладача)

(посада)

Оцінка:

за знання теорії

(оцінка, бал)

за провед. експер.

(оцінка, бал)

підсумкова (оцінка, бал)

(дата й підпис викладача)

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3.2

ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА ЗА ДОПОМОГОЮ ЛІЧИЛЬНОГО ПРИСТРОЮ ПС-100

Мета роботи: вивчення поняття електричної ємності, методів її експериментального вимірювання, визначення електричної ємності конденсаторів та їх паралельного і послідовного з’єднаннь.

Прилади й матеріали: лабораторний макет.

Теоретичні відомості

Електрична ємність — С, скалярна фізична величина, яка є характеристикою здатності провідника накопичувати електричний заряд будучи під потенціалом, і визначається формулою

,

де — заряд провідника чи обкладки конденсатора, — потенціал провідника чи різниця потенціалів між обкладками конденсатора. Електрична ємність визначається геометричними розмірами провідника, його формою та електричними властивостями навколишнього середовища і не залежить від матеріалу провідника. У СІ одиниця електричної ємності — фарад

.

Існує кілька методів вимірювання ємності конденсаторів. У цій роботі конденсатор спочатку заряджається до деякої напруги, а потім розряджається через генератор імпульсів, який формує при цьому серію імпульсів; кожен імпульс відповідає малому заряду , який переходить від конденсатора до генератора. Особливістю генератора, який використовується в даній роботі є те, що величина є постійною. Тому кількість імпульсів визначається співвідношенням

.

Заряд та ємність конденсатора дорівнюють відповідно:

, ,

тобто ємність конденсатора є прямо пропорційною кількості імпульсів.

Для визначання кількості імпульсів використовується лічильний пристрій ПС-100.

Метод експериментального визначення ємності конденсатора в даній роботі полягає у порівнянні ємності невідомого конденсатора з ємносттю відомого конденсатора. Припустимо, що при розряджанні конденсатора кількість імпульсів дорівнює , тобто

. (3.1)

Аналогічно ємність невідомого конденсатора пов’язана з кількістю імпульсів формулою:

. (3.2)

З формул (1) та (2) знаходимо ємність невідомого конденсатора:

. (3.3)

Перевіримо теоретичне співвідношення для визначення ємності паралельного та послідовного з’єднання двох конденсаторів:

.

У межах похибок теоретичні значення повинні відповідати експериментальним:

.

Для зменшення похибок вимірювання кожної величини виконуються три рази та знаходять середні значення величин , , а потім визначаються величини за формулою (3.3).

Принципова схема лабораторного макета

Послідовність виконання роботи

1. Ввімкнути пристрій ПС-100. Після прогріву (5-10 хв.) перевірити готовність приладу. Для цього треба натиснути кнопку «проверка» та контролювати покази приладу: якщо він підраховує імпульси внутрішнього генератора, то прилад готовий до роботи. Натисніть кнопки «стоп» і «сброс».

2. Перевести прилад у режим вимірювання, натиснувши послідовно кнопки «пуск» та «сброс».

3. Знаходження кількості імпульсів для конденсатора . Переведіть тумблер в положення « », — в положення «выкл», — в положення «вкл», — «заряд». При цьому конденсатор заряджається до напруги 100 В від джерела струму. Переведіть тумблер у положення «разряд» — конденсатор розряджається через генератор імпульсів, кількість яких підраховує пристрій ПС-100. Після повного розрядження конденсатора генерація імпульсів зупиняється. У такий спосіб визначається кількість імпульсів , що відповідає ємності . Натисніть кнопку «сброс» для того, щоб підготувати ПС-100 до наступного вимірювання. Зробіть не менш ніж 3 вимірювання значення .

4. Знаходження кількості імпульсів для конденсатора .Переведіть тумблер — в положення «вкл», — в положення «выкл». При цьому до схеми вмикається конденсатор . Зробіть вимірювання за методикою, яка описана в п. 3, не менш ніж 3 рази, знайдіть середне значення величини .

5. Знаходження кількості імпульсів для конденсаторів та , які ввімкнути паралельно. Переведіть тумблер — в положення «вкл». При цьому обидва конденсатори вмикаються паралельно. Зробіть вимірювання за методикою, яка описана в п. 3, не менш ніж 3 рази, знайдіть середне значення величини .

6. Знаходження кількості імпульсів для конденсаторів та , які ввімкнути послідовно. Переведіть тумблер у положення « », — в положення «вкл», — в положення «выкл». При цьому конденсатори вмикаються послідовно. Зробіть вимірювання за методикою, яка описана в п. 3, не менш ніж 3 рази, знайдіть середнє значення величини .

7. Після виконання роботи вимкнути установку.

Контрольні питання

1. Що називається електричною ємністю?

2. Які речовини називаються провідниками?

3. Що називається еквіпотенціальними поверхнями?

4. Що є еквіпотенціальними поверхнями однорідного електричного поля? Поля точкового заряду?

5. Чому дорівнює напруженість електричного поля рівномірно зарядженої нескінченої площини?

6. Як залежить ємність плоского конденсатора від його розмірів?

7. Яка одиниця ємності в SI? Виразіть в одиницях SІ ємність конденсаторів: 4 мкФ, 5 пФ, 100 нФ.

8. Виведіть формулу для визначення ємності при паралельному включенні конденсаторів.

9. Виведіть формулу для визначення ємності послідовно включених конденсаторів.

10. Виведіть робочу формулу для ємності невідомого конденсатора для цієї роботи.

Звіт за виконану роботу

1 Робочі формули:

— ємність невідомого конденсатора,

— ємність паралельного з’єднання конденсаторів,

— ємність послідовного з’єднання конденсаторів.

2 Величини, що вимірюються:

— кількість імпульсів для конденсатора ,

— кількість імпульсів для конденсатора ,

— кількість імпульсів для конденсаторів, з’єднаних паралельно,

— кількість імпульсів для конденсаторів, з’єднаних послідовно.

3 Задані величини:

— для першого макету,
— для другого макету;

— інструментальна похибка пристрою ПС-100,

4 Величини, що обчислюються:

— електрична ємність конденсатора ,

—електрична ємність конденсаторів, з’єднаних паралельно,

— електрична ємність конденсаторів з’єднаних послідовно.

5 Результати експерименту

№ досліду
Середнє значення

Результати експерименту підтверджую

(дата й підпис викладача)

6 Обробка результатів експерименту

Визначення відносної похибки:

,

.

Таким чином, відносна похибка

Абсолютна похибка .

Тоді ємність невідомого конденсатора дорівнює

7 За відомими значеннями та знайдіть значення та , порівняйте їх з експериментально отриманими значеннями та :

9 Висновки: