Порядок выполнения работы. Схема электрической цепи представлена на рис

Описание установки

Схема электрической цепи представлена на рис. 3.1, монтажная схема — на рис. 3.2.

Рис. 3.1. 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 U (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 U_инт). В дальнейшем вследствие утечек напряжение, зафиксированное вольтметром 8, может меняться.

Рис. 3.2. Монтажная схема

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

Выполнение измерений

1. Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 3.2, подключив конденсаторы С_х и С_э параллельно. Значение эталонной емкости С_э запишите в табл. 3.1.

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

3. 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» (позиция 14, рис. 1.1), установите его не более 2 В (отсчет по мультиметру 9).

4. Разрядите заряженный конденсатор 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 показания мультиметра 8 непосредственно после разряда конденсатора.

5. Повторите пункты 3 и 4 несколько раз, подобрав такое напряжение зарядки (показания мультиметра 9) U_парал, при котором напряжение разрядки (показания мультиметра 8) составит 8 ÷ 10 В (величина, пропорциональная заряду конденсатора). Запишите это напряжение в табл. 3.1 и далее в ходе лабораторной работы не изменяйте его.

Таблица 3.1

№	Эталонный конденсатор Сэ = мкФ	Определение емкости
Неизвестный конденсатор	Соединение конденсаторов
параллельное	последовательное
	Uэ = В	Ux = В	Uпарал = В	Uпосл = В
1.
2.
3.
4.
5.
Среднее

6. Не меняя напряжение зарядки U_парал, выполните 5 измерений , записывая значения в табл. 3.1.

7. Соедините С_х и С_э последовательно. Напряжение U_посл оставьте равным U_парал. Выполните 5 измерений и запишите результаты в табл. 3.1.

8. Проведите отдельно измерения величины для эталонного конденсатора С_э и величины для конденсатора неизвестной емкости С_х. Величины U_э и U_х остаются равными U_парал и U_посл. Результаты измерений занесите в табл. 3.1.

9. Для проверки правильности градуировки с помощью мультиметра измерьте неизвестную емкость конденсатора (см. стр. 13 «измерение емкости»), результат запишите в табл. 3.2, точность измерения мультиметра .

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

Обработка результатов измерений

1. Используя данные табл. 3.1, рассчитайте градуировочную постоянную γ (формула 4)

2. По формуле (3) рассчитайте емкости неизвестного конденсатора

,

емкость параллельно соединенных конденсаторов

и емкость последовательно соединенных конденсаторов

.

Результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Неизвестная емкость Сх , мкФ	Емкость соединения С, мкФ
параллельное	последовательное
экспер.	измерен.	экспер.	расчет.	экспер.	расчет.

3. Оцените относительную погрешность величины С_х:

,

где — относительная погрешность эталонной емкости (задана на миниблоке), — точность (относительная погрешность) измерения мультиметром напряжения.

4. Используя значения емкостей С_э и , по формулам для параллельного и последовательного соединений конденсаторов рассчитайте

и

.

Результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

5. Найдите относительное отклонение экспериментальных значений от расчетных в процентах:

;

.

Полученные результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

6. Сопоставляя эти отклонения с относительной погрешностью измерений , сделайте заключение о точности измерений.

7. Сравните результаты измерения неизвестной емкости ( и ).

Контрольные вопросы

1. Дайте определения величин емкости проводника и конденсатора.

2. От каких величин зависит емкость проводника и конденсатора?

3. Как изменится емкость конденсатора при изменении проницаемости диэлектрика ε_r или расстояния между обкладками d:

а) если конденсатор отключен от источника тока;

б) без отключения?

4. Запишите формулы для расчета емкости при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов. Как изменяется емкость в соединении по сравнению с емкостью одного конденсатора?

5. Сравните параметры (заряд, напряжение) одного конденсатора и батареи конденсаторов, соединенных:

а) последовательно;

б) параллельно.

6. Какую величину измеряют интегратором? От чего зависят показания U прибора?

7. Что показывает величина градуировочной постоянной γ?

8. Какие величины необходимо измерить для градуировки прибора?

9. Какие формулы используют для определения градуировочной постоянной γ, емкости неизвестного конденсатора С_х и емкости соединения конденсаторов С_эксп и С_расч?

Дата добавления: 2015-06-04