Определение электроемкости конденсатора

Определение электроемкости конденсатора
Цель работы: определить электроемкость конденсатора.
Приборы и оборудование: лабораторный макет, источник питания, микроамперметр,
вольтметр.
1 Теоретические сведения
Определение емкости конденсатора основано
конденсатором при разряде.
С
на
измерении
заряда, отданного
q
,
U
где q – заряд;
U – разность потенциалов.
Чтобы определить заряд, необходимо знать зависимость силы тока при разряде от
времени.
𝑞 = 𝐼 ∙△ 𝑡
В лабораторной работе исследуется эта зависимость, и по полученным данным строится
график. Площадь, ограниченная графиком и осями координат, численно равна заряду, отданному
конденсатором.
Чтобы вычислить общий заряд, сначала определяют, какому заряду соответствует на
графике площадь квадрата со стороной в 1см, и подсчитывают число таких квадратов на всей
площади, ограниченной графиком. Определив таким образом заряд и измерив вольтметром
разность потенциалов на обкладках конденсатора в начале разряда, вычисляют емкость.
2 Вопросы допуска
2.1 При каком условии можно накопить на проводниках большой электрический заряд?
2.2 Что называют электроемкостью проводников?
2.3 От чего зависит электроемкость проводника? От чего зависит электроемкость
конденсатора?
2.4 Дать определение единицы электроемкости
2.5. Чему равна электроемкость плоского конденсатора?
3 Ход работы
3.1 Собрать цепь по схеме, изображенной на рисунке 4.1.
Правильность сборки схемы проверяет преподаватель!
Рисунок 4.1
При замкнутом ключе конденсатор заряжается до разности потенциалов источника
напряжения (заряд происходит мгновенно, так как сопротивление соединительных проводов
очень мало). Микроамперметр показывает ток, проходящий через резистор R1. Записать значение
силы тока и показание вольтметра.
3.2 Разомкнуть ключ и одновременно включить секундомер. В этом случае источник
напряжения отсоединится от цепи, а ток продолжает идти за счет разряда конденсатора. Через
равные промежутки времени (20 секунд) замечать значения силы тока до полной разрядки
конденсатора и записывать показания в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
№ опыта
Время t, с
0
1
20
40
60
Сила тока разряда I, 10-6 А
…
3
Среднее значение силы тока I, 10-6А
3.3 Опыт повторить три раза. Вычислить среднее значение силы тока.
3.4 По данным таблицы 4.1 построить график зависимости средней силы тока при
разрядке конденсатора от времени. По оси абсцисс отложить время в секундах, а по оси ординат
– силу тока в микроамперах (соответствующий масштаб выбрать самостоятельно).
3.5 Определить, какому заряду (в кулонах) соответствует на графике площадь в 1 см2. Для
этого умножить время в секундах, соответствующее одному сантиметру по оси абсцисс(t1), на силу
тока в амперах, соответствующую одному сантиметру по оси ординат(I1).
3.6 Подсчитать площадь в квадратных сантиметрах, ограниченную графиком и осями
координат (S). Для этого просуммировать не только целые квадратные сантиметры, но и их части.
Чем точнее вычисляется площадь, тем меньшая погрешность окажется в результате
работы! Определить заряд, соответствующий всей этой площади:
𝑞 = 𝐼1 ∙ 𝑡1 ∙ 𝑆
3.7 Зная напряжение и заряд, определить емкость конденсатора, выразив ее в фарадах и
микрофарадах. Сравнить эту емкость с емкостью, указанной на конденсаторе.
3.8 Выводы по работе.
4 Контрольные вопросы
4.1 Влияет ли среда на электроемкость проводника, конденсатора?
4.2 Что произойдет с разностью потенциалов на пластинах заряженного конденсатора, если
уменьшить расстояние между ними?
4.3 Два конденсатора одинаковой емкости сначала соединили параллельно, а затем
последовательно. Во сколько раз изменилась емкость батареи конденсаторов?
4.4 Три конденсатора, имеющие разные электроемкости, соединены последовательно в
одну батарею. Батарея заряжена. Отличаются ли разности потенциалов между обкладками
отдельных конденсаторов? Одинаковы ли заряды конденсаторов?