Изучение работы конденсатора.

Цель работы: Изучить работу конденсатора.

Оборудование.Конструктор «Знаток».

Теория.

Конденсатор – незаменимый элемент в электронной технике. Он состоит из 2х электродов – обкладок, разделённых тонким слоем диэлектрика. Прибор обладает способностью накапливать и хранить электрический заряд, которым даже можно обездвиживать преступников и проводить точечную сварку металлов. Однако первые конденсаторы (Лейденские банки) использовались как элементы представлений. Например, для увеселения Людовика XV аббат Нолле заставил 180 мушкетеров взяться за руки, а первого и последнего – коснуться выводов батареи Лейденских банок. Каждого из них ударило током. Король очень смеялся. Но после того, как следующим ударом аббат убил воробья, король удалился с представления.

Практически во всех современных электрических приборах используются конденсаторы, в основном керамические и электролитические (полярные).

Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая емкость C – физическая величина, равная отношению заряда q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками: C=q/U. Выражается в СИ в фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.

При параллельном включении конденсаторов их общая ёмкость равна сумме ёмкостей каждого из них , а при последовательном подключении суммируются величины, обратные ёмкости

Сопротивление конденсатора электрическому току зависит от его частоты , т.о. при нулевой частоте (постоянном токе) сопротивление конденсатора стремиться к бесконечности, а при увеличении частоты – к нулю.

Ход работы.

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке.

2. Конденсатор зарядить; для этого соединить его (переключателем) на короткое время с источником электрической энергии. Светодиод сначала плавно загорится, а по мере зарядки конденсатора погаснет, т.к. ток в цепи будет равен нулю.

3. Отпустите кнопку и замкните выключатель. Стрелка гальванометра сильно отклонится, а затем ещё более плавно вернётся к нулю.

4. Постройте графики зависимости напряжения и тока от времени (U(t) и I(t)).

Дополнительное задание.

1. Соберите схему

2. Замкните и удерживайте кнопку, пока напряжение на конденсаторах не сравняется с напряжением батареи. В данной схеме вольтметр (гальванометр + доб.резистор 10 кОм) имеет диапазон измерений 0-3 В.

3. После отпускания кнопки конденсаторы начнут разряжаться с постоянной времени . Засеките время полной разрядки батареи конденсаторов.

4. Отсоедините конденсатор 470 мкФ.

5. Зарядите конденсатор.

6. Отпустите кнопку и засеките время новой разрядки .

7. Рассчитайте общую ёмкость батареи конденсаторов, используя .

8. Проверьте расчёты, используя формулу для нахождения общей ёмкости при параллельном соединении.

9. Произведите сопоставление, насколько пропорционально уменьшение ёмкости и уменьшения времени разрядки

10. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Конденсатор в переводе – сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

2. В чем сущность указанного метода определения емкости конденсатора?

3. Объяснить, можно ли соотношение C = q/U прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками?

4. Почему емкость конденсатора постоянна?

5. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу этой емкости.

6. 6.Определите заряд батареи конденсаторов, соединенных так, как показано на рис. 14. Емкость каждого конденсатора (в мкФ) указана на рисунке.

Лабораторная работа №11.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРОВОДНИКА

Цель работы: Определить удельное сопротивление материала, из которого изготовлена проволока.

Оборудование: проволока из материала с большим удельным сопротивлением, амперметр, вольтметр, линейка, источник постоянного напряжения, соединительные провода, ключ.

Теория:

Сопротивление определяется материалом проволоки, её длиной и площадью поперечного сечения.

ρ-удельное сопротивление материала, R- сопротивление проволоки, l - её длина, S- площадь её сечения.

z

Длину проволоки легко измерить линейкой. Площадь сечения находится через её диаметр d:

.

Поскольку диаметр мал, то непосредственно линейкой его измерить трудно. Поэтому можно воспользоваться следующим способом. На линейку наматывают N витков проволоки и измеряют толщину полученного мотка z.

Тогда диаметр равен:

Ход работы:

Последовательно определить следующие величины. Данные занести в таблицу.

1. Длина реостата z

2. Число витков N

3. Диаметр проволоки

4. Площадь поперечного сечения S=

5. Выписать с нижней стороны реостата его сопротивление в Омах.

6. Удельное сопротивление

7. Абсолютную погрешность

8. Относительную погрешность измерений

Записать доверительный интервал и определить по таблице, из какого материала изготовлена проволока, выписав все значения, попадающие в интервал.

z	l ,м	N	ρтаб,Ом∙м	I, А	U,В	d ,м	S, м2	R, Ом	ρ, Ом∙м	ε, %

Контрольные вопросы:

1.Что называется удельным сопротивлением проводника, чем оно отличается от сопротивления участка цепи R?

2.Чем обусловлено сопротивление проводников? От чего оно зависит?

3. Нарисуйте графики зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Как изменяются сопротивлениядиода и резистора при увеличении температуры на 10 ⁰С?

4. Найдите площадь поперечного сечения алюминиевого провода длиной 0,5 км, имеющего сопротивление 7 Ом.

Лабораторная работа №12.

ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ.

Цель работы: научиться соединять проводники последовательно и параллельно.

Оборудование: электронный конструктор «Знаток», источник электроэнергии, резисторы (проволочные спирали на панелях с клеммами, сопротивление каждого резистора указано на панели), амперметр постоянного тока, вольтметр постоянного тока, реостат ползунковый, ключ, соединительные провода.

Теория:

Потребители электрической энергии – электрические лампочки, электронагревательные приборы, провода и т. п. – обладают определенным сопротивление, поэтому их часто называют «проводниками» или резисторами. Обычно электрическая цепь состоит из нескольких резисторов, соединенных последовательно, параллельно или смешанно. Для простоты расчета электрических цепей резисторы мысленно заменяют одним, при включении которого режим цепи не нарушается, т.е. сила тока и напряжение остаются прежними. Сопротивление этого резистора называют эквивалентным общему сопротивлению нескольких резисторов, образующих цепь.

Ход работы: