Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Описание установки и метода измерений



ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ ГАЛЬВАНОМЕТРОМ

 

Введение

 

Цель работы – ознакомление с баллистическим методом определения емкости конденсатора. Работа состоит из двух частей. В первой части находят величину баллистической постоянной гальванометра, во второй – определяют емкости двух конденсаторов и емкости этих конденсаторов, соединенных .параллельно и последовательно.

Емкость конденсатора равна отношению заряда q на конденсаторе к разности потенциалов между его обкладками

. (1)

При параллельном соединении двух конденсаторов с емкостями С1 и С2 общая емкость равна

. (2)

При последовательном соединении

. (3)

Для нахождения емкости достаточно измерить заряд конденсатора три известной разности потенциалов U.

 

Описание установки и метода измерений

 
 

 


Рис. 1

Заряд конденсатора измеряют с помощью баллистического гальванометра. Баллистический метод является одним из приемов не только электрических, но и магнитных измерений. Баллистический гальванометр относится к приборам магнито-электрической системы, схематичное устройство которых показано на рис. 1. Между полюсами постоянного магнита NS для создания -радиального магнитного поля помещен стальной цилиндр В. Цилиндр закреплен неподвижно. В зазоре между полюсами магнита и цилиндром может свободно вращаться рамка К с обмоткой из тонкой проволоки, подвешенная на металлической или кварцевой нити М. Для отсчета углов поворота рамки служит зеркальце А, на которое падает световой луч от осветительного устройства. Баллистический гальванометр служит для измерения заряда, длительность t протекания которого по цепи мала по сравнению с периодом Т собственных колебаний рамки. Баллистический гальванометр отличается от обычных зеркальных гальванометров увеличенным значением момента инерции I его подвижной системы. Если через гальванометр пропустить кратковременный импульс тока (t<<T), то на рамку в каждый момент времени действует вращающий момент, обусловленный взаимодействием тока i с магнитным полем: , где b — коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей прибора; i — мгновенное значение тока. Благодаря большому моменту инерции рамка за малое время t практически не успевает выйти из положения равновесия, но она приобретает угловую скорость w0 и, следовательно, кинетическую энергию . Так как ток к этому моменту прекратился, то рамка начинает поворачиваться по инерции с начальной скоростью w0 и закручивает нить. В момент остановки рамки вся кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию закрученной нити , где D— постоянная кручения нити; j – максимальный угол отклонения рамки:



откуда

. (4)

Угловую скорость w0, .приобретенную рамкой к моменту прекращения импульса тока, найдем из уравнения движения или подставив значение М: .

Произведем интегрирование:

,

так как , то

, (5)

где q – заряд, прошедший через рамку за время t. Решая совместно уравнения (4) и (5), будем иметь . На опыте измеряют отклонение светового «зайчика» (отброс) не в углах, а в делениях шкалы n. Поскольку n и j пропорциональны друг другу, то окончательно можем записать

q = Bn, (6)

где В – коэффициент пропорциональности, который называется баллистической постоянной гальванометра. Баллистическая постоянная численно равна величине заряда, вызывающего отклонение «зайчика» на одно деление шкалы. Любой гальванометр может служить в качестве баллистического, если выполнено условие t << T. Итак, зная баллистическую постоянную гальванометра В, отброс n при разряде конденсатора и показания вольтметра U, в соответствии с формулами (1) и (6) находят емкость

. (7)

Для определения емкости конденсатора пользуются схемой, изображенной на рис. 2, где БП – блок питания, Г – баллистический гальванометр, В – вольтметр, К – двойной переключатель. В положении I переключателя К конденсатор С заряжается; при переводе переключателя в положение II конденсатор разряжается через гальванометр. В этот момент измеряют максимальное отклонение «зайчика» n по шкале.

 

 
 

 

 


Рис. 2

В первой части работы для определения баллистической постоянной в цепь (рис. 2) включают конденсатор известной емкости – эталон Сэ. Заряжая эталонный конденсатор до определенной разности потенциалов U, а затем разряжая его на гальванометр, измеряют отклонение «зайчика» n. Так как заряд на конденсаторе равен q = CэU, то по формуле (6) можно вычислить баллистическую постоянную



. (8)

Эти измерения проводят для нескольких значений разности потенциалов.

Во второй части работы определяют неизвестные емкости. Для этого исследуемый конденсатор, заряженный до известной разности потенциалов, разряжают на гальванометр и измеряют отброс n. Зная n, U, В, вычисляют емкость по формуле (7).

 

Порядок выполнения работы

 

1. Собирают схему согласно рис. 2, включая эталонный конденсатор Сэ.

2. С помощью ручки, расположенной на панели .блока питания БП, устанавливают разность потенциалов 4 – 5 В, измеряя ее вольтметром В.

3. Заряжают конденсатор, установив переключатель К в положение I.

4. Переводят К в положение II для разрядки и измеряют отброс «зайчика» то шкале гальванометра Гn.

5. Повторяют измерения пп. 3, 4, изменяя разность потенциалов через 1В до такого значения U (10 – 14В), при котором n будет максимально возможным в пределах шкалы.

6. Вместо эталона в схему вводят исследуемый конденсатор С1. Измерения пп. 3, 4 проводят при двух значениях U. Сначала устанавливают U1, соответствующее максимальному отклонению «зайчика» гальванометра n (при подборе величины U1 следует начинать с малых значений разности потенциалов, чтобы гальванометр не «зашкаливал»), а затем U2 – приблизительно вдвое меньшее, чем U1.

7. Заменяют конденсатор С1 другим – С2. Измерения выполняют при двух значениях U, как в п. 6, одно из значений U должно совпадать с предыдущим U1 (или U2).

8. Соединяют конденсаторы С1 и С2 сначала параллельно, затем последовательио. В этих двух случаях измерения проводят при одном значении разности потенциалов U, но таком, чтобы отклонение было не менее, чем на половину шкалы (желательно, чтобы U совпадало с U1 или U2 п. 6).

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!