ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Теоретическое введение. Конденсатор – это два проводника, разделенные слоем диэлектрика, имеющие заряды, равные по величине и противоположные по знакуКонденсатор – это два проводника, разделенные слоем диэлектрика, имеющие заряды, равные по величине и противоположные по знаку, и расположенные так, что поле, создаваемое зарядами на проводниках, сосредоточено преимущественно в пространстве, защищенном самими проводниками от внешних электрических полей. Проводники, образующие конденсатор, называются его обкладками. Емкость конденсатора определяется формулой:
, (1)
где q - заряд конденсатора, равный модулю заряда одной из обкладок; Δ φ - разность потенциалов между обкладками. Емкость конденсатора - это физическая величина, численно равная заряду, который нужно перенести с одной обкладки на другую, для того, чтобы разность потенциалов между ними изменилась на единицу. Емкость конденсатора не зависит от заряда на его обкладках, разности потенциалов между ними, а также от расположения окружающих тел. Она определяется формой конденсатора (сферический, цилиндрический, плоский), геометрическими размерами и наличием диэлектрика между обкладками. Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади его обкладок S, диэлектрической проницаемости среды ε, обратно пропорциональна расстоянию d между обкладками:
, (2)
где ε0 - электрическая постоянная (ε0 = 8,85 ∙ 10-12 Ф/м). Емкость измеряется в фарадах (Ф): 1Ф = 1Кл/В, а также в микрофарадах 1мкФ = 10-6Ф, в пикофарадах 1пФ = 10-12Ф. Для получения необходимой емкости конденсаторы соединяют последовательно и параллельно в батареи. При последовательном соединении (рис.1) заряд на всех конденсаторах одинаков, а разность потенциалов на батарее Δ φ AB равна сумме разностей потенциалов на каждом конденсаторе: Δ φ AB= Δ φ 1+ Δ φ 2+…+ Δ φ n.
Выразив значения разности потенциалов через заряд и емкости конденсаторов, получаем:
, или , (3)
где C - емкость батареи; С 1, С 2, …, Сn – емкости отдельных конденсаторов. При параллельном соединении (рис. 2) разность потенциалов на конденсаторах одинакова Δ φ AB= Δ φ 1=Δ φ 2=…= Δ φ n, а полный заряд батареи равен сумме зарядов на каждом конденсаторе q = q 1 + q 2 + … + q n. Выразив значения зарядов через емкости и разности потенциалов, получаем:
С Δ φ = С 1Δ φ + С 2Δ φ +…+ С nΔ φ,
или С = С 1 + С 2 + … + С n, (4)
где С – емкость батареи; С 1, С 2, …, С n – емкости отдельных конденсаторов. В данной работе для измерения емкостей отдельных конденсаторов и их соединений применяется баллистический гальванометр. Гальванометрыпредназначаются для работы в качестве измерителей, показывающих наличие или отсутствие тока (в компенсационных схемах), и в качестве приборов для измерения силы тока, напряжения, количества электричества и т. д. Баллистический гальванометр- это высокочувствительный прибор магнитоэлектрической системы с повышенным моментом инерции подвижной части. Баллистический гальванометр оформлен в литом металлическом корпусе и установлен в вертикальной плоскости на стене вместе с осветительным и отсчетным устройством (рис. 3), т.е. лампой и шкалой, отстоящими от металлического корпуса на расстояние 1,50 м. Шкала из матового стекла расположена параллельно стене (рис. 4).
Принцип действия прибора основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, с током, протекающим по обмотке рамки. В результате взаимодействия возникает вращающий момент, поворачивающий рамку с током, на которой укреплено облегченное алюминиевое зеркало. Максимальный угол поворота рамки прямо пропорционален электрическому заряду, протекшему через нее. Отсчет угла поворота рамки производится с помощью светового указателя. На зеркало рамки падает луч света от осветителя, а отраженный от зеркала луч падает на шкалу. Величина максимального смещения светового луча по шкале отсчетного устройства является мерой измеряемой величины (нуль шкалы находится в ее середине). Название "баллистический" означает, что при измерении отсчитывается так называемый баллистический отброс (максимальное отклонение), после которого подвижная часть постепенно возвращается в нулевое положение. В данной работе баллистический гальванометр применяется для измерения емкости конденсатора, поэтому его необходимо предварительно проградуировать, т. е. определить его баллистическую постоянную К б:
, (5)
где q – заряд, протекший через рамку; n – максимальное отклонение светового луча по шкале. Баллистическая постоянная показывает, какой заряд (в кулонах) протекает через рамку при смещении светового “зайчика” на одно деление шкалы (при заданном расстоянии между шкалой и зеркалом рамки). При прохождении заряда q через рамку баллистического гальванометра за время, значительно меньшее периода ее собственных колебаний, световой “зайчик” сместится по шкале на n делений. Заряд, прошедший через рамку баллистического гальванометра при этом пропорционален величине n.
q = К б n, (6)
Для определения заряда q применяют эталонный конденсатор известной емкости С эт, который при напряжении U накапливает заряд q:
q = C эт U, (7)
Следовательно, баллистическую постоянную К б можно определить по формуле:
, (8)
Если баллистическая постоянная известна, то с помощью баллистического гальванометра определяют емкости отдельных конденсаторов и емкости батареи при их последовательном и параллельном соединении по формуле:
, (9)
где U – напряжение на обкладках конденсатора; n – смещение светового “зайчика” по шкале.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|