Определение емкости конденсатора – Коэффициент электростатической емкости. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации

Содержание

определение емкости конденсатора_Панферов

Чтобы внешние поля не оказывали влияния на ёмкость конденсатора, обкладкам придают такую форму и так располагают их друг относительно друга, чтобы поле заряда обкладок было сосредоточено только между ними. Этому условию удовлетворяют две пластины, расположенные близко друг к другу, два коаксиальных цилиндра и две концентрические сферы. Соответственно бывают плоские, цилиндрические и сферические конденсаторы.

Электроёмкость конденсатора зависит от геометрических размеров и формы обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды между обкладками. Для плоского конденсатора она равна

где S – площадь обкладки,d – расстояние между обкладками.

Помимо ёмкости, каждый конденсатор характеризуется предельным напряжением Umax, которое выдерживает конденсатор без пробоя диэлектрика. Пробой диэлектрика происходит в результате разрядки конденсатора, диэлектрик при этом теряет свои диэлектрические свойства и конденсатор выходит из строя.

V.Контрольные вопросы

1.Какова цель работы?

2.Как выглядит электрическая схема экспериментальной установки?

3.Какова программа работы?

4.Какие величины задаются постоянными?

5.Какие величины определяются прямыми и косвенными измерениями?

6.Какие нужно построить графики?

7.Что называется электроёмкостью уединённого проводника?

8.В каких единицах измеряется электроёмкость?

9.От чего зависит величина электроёмкости?

10.Что такое конденсатор? Для чего он служит?

11.От чего зависит ёмкость конденсатора?

12.Как рассчитать погрешность измерения напряжения?

13.Как рассчитать погрешность измерения времени?

14.Как оценить погрешность определения ёмкости?

15.Какой вид должен иметь график зависимости напряжения конденсатора от времени при разрядке?

16.Расчёт ёмкости проводящего шара (формула).

17.Расчёт ёмкости плоского конденсатора (формула).

18.Что называется электрическим током?

19.Какой ток является постоянным, а какой квазистационарным?

20.Что называется силой тока?

21.Что называется разностью потенциалов, э.д.с. и напряжением?

22.Что измеряет вольтметр – напряжение или разность потенциалов?

23.Формулы закона Ома для однородного и неоднородного участков цепи и для всей замкнутой цепи.

24.Что такое узел в разветвлённой цепи? Как записывается первое правило Кирхгофа? Следствием какого закона оно является?

studfiles.net

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА


БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с методом измерения емкости конденсатора баллистическим методом.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Электрическая емкость конденсатора (далее просто емкость) связана с зарядом, находящимся на его обкладках, соотношением:

(1)

Напряжение на конденсаторе легко определить по напряжению источника тока, заряжающего конденсатор.

Для получения необходимой емкости на практике (в электротехнике) конденсаторы соединяют в батареи, соединяя их параллельно и последовательно. При параллельном соединении общая емкость:

. (2)

При последовательном:

. (3)

Существует несколько способов измерения емкости: метод электростатического вольтметра, метод моста переменного тока, метод баллистического гальванометра. Заряд конденсатора для определения С, согласно (1), можно измерить с помощью гальванометра, работающего в баллистическом режиме, а напряжение — на источнике тока перед разрядом.

Гальванометрами называются приборы для измерения малых токов (или напряжений) порядка 10-6 ¸ 10-12А (10-6 ¸ 10-10В). Главной частью гальванометра магнитоэлектрической системы является подвешенная на вертикальной нити рамка, помещенная в поле постоянного магнита со специальными полюсными наконечниками. При протекании по рамке тока взаимодействие магнитных полей тока и постоянного магнита приводит рамку в движение. Скрепленная с рамкой стрелка (зеркальце для отражения луча) позволяет измерять угол поворота рамки. В баллистическом гальванометре к рамке подвешивается полый цилиндр из мягкого железа, увеличивающий её момент инерции. Кроме того, поле вблизи витков становится радиально симметричным.

При протекании тока на рамку будут действовать:

а) вращающий момент М1, возникающий в результате действия магнитного поля магнита на ток;

б) момент М2, обусловленный закручиванием нити подвеса;

в) тормозящий момент М3, определяющий действие магнита на индукционный ток в катушке при её вращении.

Моментом трения, ввиду его малости (Мтр << М1; М2; М3), пренебрегают.


Если В – индукция магнитного поля в зазоре, N – число витков в катушке, S – площадь витка, D – момент сил закручивания подвеса при повороте рамки на единицу угла, R – сопротивление в цепи гальванометра, i – ток, протекающий по катушке, ii – индукционный ток; , – угол поворота и угловая скорость, то указанные выше моменты будут равны:

Уравнение движение рамки гальванометра с моментом инерции I :

. (5)

Если время прохождения тока разряда конденсатора через рамку значительно меньше периода ее собственных колебаний (t << Т), то с достаточной степенью точности можно считать, что за это время t рамка практически не успевает выйти из положения равновесия. При этом из уравнения движения приближенно получим:

I = BSNit = BSNq (5)

Откуда

, (6)

где q – прошедший через рамку заряд, – угловая скорость рамки,

– постоянный коэффициент, определяемый конструкцией прибора.

Кинетическая энергия, приобретенная рамкой вследствие прохождения тока (без учета потерь) при ее максимальном отклонении, превращается в потенциальную энергию закрученного подвеса:

= , (7)

где am — максимальный угол первого отклонения.

Из уравнений (6) и (7) находим:

am (8)

Из соотношения (8) следует, что заряд, прошедший через рамку, пропорционален ее первому отклонению.

Отклонение рамки в баллистическом гальванометре пропорционально отклонению стрелки гальванометра, поэтому можно записать соотношение:

q = A×n , (9)

где n – число делений шкалы, на которое отклоняется стрелка гальванометра,

А — баллистическая постоянная гальванометра (Кулон/деление шкалы).

Значение постоянной А определяется экспериментально. Конденсатор известной емкости Сэт, заряженный до разности потенциалов U, разряжают через баллистический гальванометр. По значению n в соответствии с (9) и (1) вычисляют баллистическую постоянную:



(10)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ:Экспериментальная установкасобирается по схеме, приведенной на рисунке. Пунктиром выделена монтажная панель. На ней закреплены кнопочные переключатели П, К и клеммы для подключения приборов. Исследуемый конденсатор С заряжается источником регулируемого напряжения (ИРН). Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром V. При нажатии на кнопку П происходит разряд конденсатора через гальванометр G. Фиксируется число делений при первом отклонении стрелки. После этого указатель совершает колебания. Для остановки необходимо замкнуть цепь гальванометра при прохождении указателя через нулевое положение шкалы кнопкой К. По измеренным значениям вычисляется емкость конденсатора:

C = (11)

ЗАДАНИЕ.

1. Ознакомиться со схемой подключения кнопок и клемм на монтажной панели, элементами управления источника напряжения.

2. Определить баллистическую постоянную гальванометра А. Для этого провести измерения с эталонным конденсатором известной емкости Сэ. Измерения отклонений стрелки гальванометра n произвести не менее 10 раз при различных напряжениях U. Результаты измерений занести в Таблицу 1. Рассчитать значения баллистической постоянной по формуле для каждого измерения и найти среднее значение Аср. Рассчитать погрешность измерения баллистической постоянной А.

3. Определить емкости двух различных конденсаторов, поочередно включая их в схему. Для этого измерить отклонения n при различных значениях U (не менее чем по пяти отсчетам). Результаты измерений занести в Таблицы 2 и 3.

4. Измерить емкость батареи из этих двух конденсаторов при их параллельном и последовательном соединениях. Результаты измерений занести в Таблицы 4 и 5.

5. Рассчитать средние значения емкостей С1, С2, Спосл. и Спар и случайные погрешности их измерений.

6. Оценить приборные погрешности измерения емкостей С1, С2, Спосл. и Спар, сравнить их со случайными погрешностями и записать окончательные результаты измерений.

7. Рассчитать значения емкостей батарей при параллельном Спар и последовательном Спосл соединении конденсаторов по соответствующим формулам (2,3).

8. Расчетные и экспериментальные значения емкостей занести для сравнения в Таблицу 6.

9. Сделать выводы.

Примечание: С целью уменьшения погрешности определения С напряжение подбирается таким, чтобы первое отклонение стрелки гальванометра составляло не менее 7-10 делений.

 

Значения баллистической постоянной гальванометра А. Таблица 1

U, В                    
n, дел                    
А, …                    

 

Емкость первого конденсатора. Таблица 2

№ /п А, … U, … n, Ci , … DCi , … C1 = < C> ± DC
           
       
       
       
       
Средн XXXXX XXXXX    

 

Емкость второго конденсатора. Таблица 3

№п/п А, … U, … n Ci , … DCi , … C2 = < C> ± DC
           
       
       
       
       
Средн XXXXX XXXXX    

 

Параллельное соединение конденсаторов. Таблица 4

№п/п А, … U, … n Ci , … DCi ,.. Cпар = < C> ± DC
           
       
       
       
       
Средн XXXXX XXXXX    

 

Последовательное соединение конденсаторов. Таблица 5

№п/п А, … U, … n Ci , … DCi , … Cпосл = < C> ± DC
           
       
       
       
       
Средн XXXXX XXXXX    

 

Таблица 6

Теоретические значения Экспериментальные значения
Спар = <C> ±DC =
………………………
Спар = <C>±DC =
…………………….
Спосл = <C>±DC =
…………………..
Спосл = <C>±DC =
………………………

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что понимают под электрической емкостью? Что такое конденсатор?

2. В чем заключается принцип измерения емкостей баллистическим методом.

3. Покажите, из каких уравнений выводится выражение для баллистической постоянной гальванометра.

4. Опишите, как определяется баллистическая постоянная гальванометра в выполняемой Вами лабораторной работе.

5. Докажите формулу для расчета емкости последовательно соединенных конденсаторов.

6. Докажите формулу для расчета емкости параллельно соединенных конденсаторов.

 

ЛИТЕРАТУРА.

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.шк., 1985., Гл.11, §§ 91-93.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика, М.:”Наука”, 1998, Гл.3, §§ 26, 27.

3. Практикум по общей физике. Под ред. проф. В.Ф.Ноздрева. М., «Просвещение», 1971, Гл.III, С.180.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

 



Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Характеристики конденсаторов Основные параметры Ёмкость

Основной
характеристикой конденсатора является
его ёмкость,
характеризующая способность конденсатора
накапливать электрический
заряд.
В обозначении конденсатора фигурирует
значение номинальной ёмкости, в то время
как реальная ёмкость может значительно
меняться в зависимости от многих
факторов. Реальная ёмкость конденсатора
определяет его электрические свойства.
Так, по определению ёмкости, заряд
на обкладке пропорционален напряжению
между обкладками (q
= CU
).
Типичные значения ёмкости конденсаторов
составляют от единиц пикофарад до тысяч
микрофарад. Однако существуют конденсаторы
(ионисторы)
с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость
плоского конденсатора, состоящего из
двух параллельных металлических пластин
площадью S
каждая, расположена на расстоянии d
друг от друга, в системе СИ
выражается формулой:
,
где—диэлектрическая
проницаемость
среды, заполняющая пространство между
пластинами (в вакууме равна единице),
—электрическая
постоянная,
численно равная 8,854187817·10−12
Ф/м. Эта формула справедлива, лишь когда
d
намного меньше линейных размеров
пластин.

Для
получения больших ёмкостей конденсаторы
соединяют параллельно. При этом напряжение
между обкладками всех конденсаторов
одинаково. Общая ёмкость батареи
параллельно
соединённых конденсаторов равна сумме
ёмкостей всех конденсаторов, входящих
в батарею.

или

Если
у всех параллельно соединённых
конденсаторов расстояние между обкладками
и свойства диэлектрика одинаковы, то
эти конденсаторы можно представить как
один большой конденсатор, разделённый
на фрагменты меньшей площади.

При
последовательном соединении конденсаторов
заряды всех конденсаторов одинаковы,
так как от источника питания они поступают
только на внешние электроды, а на
внутренних электродах они получаются
только за счёт разделения зарядов, ранее
нейтрализовавших друг друга. Общая
ёмкость
батареи
последовательно
соединённых конденсаторов равна

или

Эта
ёмкость всегда меньше минимальной
ёмкости конденсатора, входящего в
батарею. Однако при последовательном
соединении уменьшается возможность
пробоя
конденсаторов, так как на каждый
конденсатор приходится лишь часть
разницы потенциалов источника напряжения.

Если
площадь обкладок всех конденсаторов,
соединённых последовательно, одинакова,
то эти конденсаторы можно представить
в виде одного большого конденсатора,
между обкладками которого находится
стопка из пластин диэлектрика всех
составляющих его конденсаторов.

Индуктивность.

Свойство
проводника влиять на ток в цепи и
изменении его значения называют
индуктивностью, а катушки, в которых
наиболее сильно проявляется это свойство
— катушками самоиндукции или индуктивности.
Чем больше число витков и размеры
катушки, тем больше ее индуктивность,
тем значительнее влияет она на ток в
электрической цепи.
 

Итак,
катушка индуктивности препятствует
как нарастанию, так и убыванию тока в
электрической цепи.

Еще она находится в цепи постоянного
тока, и влияние ее сказывается только
при включении и выключении тока. В цепи
же переменного тока, где беспрерывно
изменяются ток и его магнитное поле,
ЭДС самоиндукции катушки действует все
время, пока течет ток. Это электрическое
явление и используется в генераторах
— основных элементах колебательного
контура — катушке индуктивности.

studfiles.net

как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

Конденсатор — это электротехнический элемент, позволяющий накапливать заряд. Самая простая его форма представляет две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если на пластины подать напряжение, то оно сохранится какое-то время после его снятия. Важно знать, в чем измеряется емкость конденсатора, для правильного построения схем с этими элементами.

Применение в технике

Конденсаторы применяются в различной электро- и радиоаппаратуре. Эти элементы способны накапливать заряд и поддерживать напряжение (например, сетевое) на должном уровне во время незначительных перебоев с питанием. Конденсаторы большой емкости сами используются как питающие элементы для малогабаритной мобильной аппаратуры. Они еще называются ионисторы. Их недостатком является необходимость частого подзаряда.

Большое значение имеют эти элементы и в фильтрующих устройствах, приборах, задача которых не пропустить помехи в полезный сигнал, или уловить нужный сигнал в постоянном напряжении повышенного уровня.

Без конденсаторов не обходится ни один генератор переменного сигнала. Их назначение — задать частоту генерации, период и другие временные параметры. Здесь используются очень точные элементы, с допуском по номиналу не более 1%.

Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Элементы переменной емкости используются в аппаратуре, требующей настройки на разные частоты. Например, это широко используется в настройке радиочастот в FM -приемниках.

Формулы для расчета конденсаторов

Для решения задач техники и прикладных теоретических расчетов нужно знать законы, по которым электрические величины взаимодействуют друг с другом. Эти законы выражаются формулами. Например, напряжение на конденсаторе зависит от его емкости и заряда, накопленного им.

Определение емкости

Это значение зависит от нескольких параметров. Чтобы его рассчитать, нужно знать, в чем измеряется емкость конденсатора. Эта величина эквивалентна тому, сколько кулон заряда накапливается элементом при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему. Измеряется она в фарадах. Емкость этих элементов зависит также и от их формы.

  • Плоские конденсаторы — самая простая разновидность накопителей заряда. Как найти емкость конденсатора, имеющего плоскую форму, можно узнать, если определить все параметры, влияющие на это. На его емкость влияет расстояние между его обкладками (токопроводящие пластины) d, площадь самих обкладок S, диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками ε и электрическая постоянная ε0, которая равна 8,85 ⋅ 10-12 фарад на метр. Формула конденсатора такова:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S/d

  • Цилиндрический конденсатор также состоит из двух заряженных обкладок, обе они имеют форму цилиндров, расположенных один внутри другого. Внутренний цилиндр цельный, внешний — полый. Расстояние между обкладками равно разности радиусов этих цилиндров. Формулу емкости конденсатора можно представить такой же, как в предыдущем случае, с той разницей, что площадь обкладок рассчитывается исходя из их высоты и радиуса:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R вн /(R нар — R вн) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

где h — высота обкладки,

Rвн — внутренний радиус, R нар — наружный радиус,

π = 3,14.

  • Зарядом может обладать не только тело с двумя обкладками, но и проводящий шарообразный объект. Если подать на него напряжение, а потом измерить потенциал между ним и землей, то потенциал будет ненулевым. Формула для расчета шарообразного накопителя заряда:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

где R — радиус шара.

Если в формулу подставить радиус Земли и диэлектрическую проницаемость воздуха, можно получить значение емкости Земли в фарадах. После расчетов:

С (Земли) = 700 микрофарад

Такую емкость могут иметь современные электролитические конденсаторы.

Если разместить один шар внутри другого и подать между ними напряжение, то полученная конструкция тоже будет накапливать заряд между поверхностями шаров. Определение емкости такой конструкции можно провести по формуле:

С = ε ⋅ ε0 ⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 — R1)

где R2 и R1 — радиусы соответствующих шарообразных поверхностей.

Емкость конденсатора зависит также и от типа используемого диэлектрика. Наиболее распространены керамические, электролитические, бумажные, воздушные и слюдяные наполнители.

Вычисление энергии

Накопители заряда обладают и другими параметрами. Один из них — это энергия. При зарядке конденсатора на его обкладках накапливается потенциальная энергия.

Она создаёт силу, притягивающую разноименно заряженные пластины, а также ток, который питает электроприборы, если использовать ионистор как источник питания. Энергию можно выразить как зависимость от напряжения обкладок и емкости:

W = C ⋅ U 2 /2

Ток утечки через диэлектрик

Ток утечки появляется в элементе, если есть пути протекания электрического тока с одной обкладки на другую. Чем менее изолирующими свойствами обладает диэлектрик, тем больше будет ток утечки. Особенно это применимо к конденсаторам с диэлектриком в виде промасленной бумаги. Этот параметр зависит и от конструкции элемента, и от загрязненности его корпуса. Если элемент негерметичен, ток утечки может увеличиваться при проникании влаги внутрь корпуса. Этот ток можно рассчитать по закону Ома:

I ут = U/R d

где I ут — ток утечки,

U — напряжение на обкладках,

R d — сопротивление изоляции диэлектрика.

Соединение элементов

При создании схем применяется различное соединение элементов. Элементы схемы могут быть соединены:

  • Параллельно;
  • Последовательно;
  • Параллельно — последовательно (смешанно).

Как найти ёмкость параллельно соединенных элементов? Нужно понять, что является общим при таком типе соединения. Так как напряжение прикладывается одновременно ко всем обкладкам, то оно является общим. Заряд же будет для каждого своим. По формуле:

q = C ⋅ U, здесь q — суммарный заряд, то есть

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

С общее будет равняться сумме всех С.

При последовательном соединении элементов общим для всех них будет заряд. В то же время напряжение будет для каждого из них разным, и общее будет складываться из всех по отдельности.

U = q / C, здесь U — сумма напряжений на всех элементах

U общее = q ⋅ Σ (1/ C i)

1/С общее = 1/С 1 +1/С 2 +… +1/C i

При таком соединении значение общей емкости будет меньше самого маленького значения этой величины в группе.

В случае использования смешанного соединения необходимо вычислить отдельно общую емкость для параллельного и отдельно для последовательного соединения. После этого по формуле последовательного соединения найти общее для двух получившихся величин значение.


220v.guru

как определить и узнать по маркировке, сопротивление резистора и мультиметр

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводниковРазличных конденсаторов настолько много, что на объяснение обозначения и применения понадобится много времени. Отличить их не сложно, они изготавливаются разной формы и из разных материалов, но каждый обладает свойственными только ему характеристиками, к которым относят его емкость. Данный показатель очень важен, так как он способен определить качество работы агрегата или целой цепи, что очень важно.

Определение емкости конденсатора по маркировке

Практически каждая электрическая схема, включает в себя различные элементы, которые определяют ее назначение и правильность работы. Помимо разнообразных резисторов и транзисторов, схемы включают себя конденсаторы.

При маркировке емкостей конденсаторов в микрофарадах применяется цифровая маркировка

Конденсаторы классифицируют по следующим параметрам:

  • Назначение;
  • Защита от внешних факторов;
  • Изменение емкости;
  • Способ монтажа.

Конденсаторы служат для изменения работы электрического тока в данном участке цепи. В отличие от резисторов, маркировка конденсаторов более разнообразна. Их различают по форме (цилиндрические, плоские), по материалу (электролитические, керамические (СМД – SMD), пленочные), и их не сложно отличить.


Единицей принятой для измерения емкости, является фарад – Ф. Существует несколько видов маркировки: uF, mF – 1мкФ (один микрофарад), что равно 10-6, nF – 1 нанофарад – 10-9, pF – mmF – uuF – (пикофарад) – 10-12.

И для того, чтобы определить емкость конденсатора необходимо прочесть маркировку нанесенную на его корпус. Так же стоит учитывать, что маркировка может отличаться от привычных значений. Например, при обнаружении на конденсаторе значения MF, не будет являться (мегафарадом), данное значение соответствует (кикрофарад). Еще одним отличием может быть маркировка в виде (fd), что означает только наименование (фарад).

На некоторые виды конденсаторов наноситься маркировка для обозначения допуска (значение допустимого отклонения от номинального значения емкости). Предположим, маркировка конденсатора представляет собой – 5000 uF (-50%+50%). И если посчитать, то это значит, что допустимое отколонение от номинальной емкости составляет – 5000 + (5000х0,5) = 7500, и 5000 – (5000:0,5) = 2500.

В случаях, когда проценты не указываются, допустимое отклонение определяется буквой или цифрой идущей после числового ряда.

Так же, к маркировке емкости конденсаторов относят один важный параметр как допустимое рабочее напряжение, которое обозначается в виде букв – V, DVC. Данное значение является максимальным рабочим напряжением для конденсатора.

Для полярных конденсаторов используют обозначения для контактов (анод и катод). Если такой маркировки на конденсаторе нет, значит он не поляризован.

Емкость конденсатора: как померить самостоятельно

Бывают ситуации, когда маркировка на конденсаторе совершенно не читаема, или просто отсутствует. Но вам необходимо узнать его емкость. Существуют различные методы расчетов и вычислений, но самым точным является способ с использованием мультиметра.

Данный способ поможет узнать:

  • Емкость;
  • Нет ли короткого замыкания;
  • Обрыва цепи.

Выполненные из различных материалов и в разнообразной форме, конденсаторы имеют очень важную отличительную особенность, они способны накапливать некоторое количество электрического заряда, которого вполне достаточно, что бы вывести из строя измерительный прибор. Поэтому первое, что нужно сделать перед измерением емкости конденсатора мультиметром, разрядить его. Сделать это можно используя обычную изолированную отвертку. Необходимо просто замкнуть контакты конденсатора.

Далее, мультиметр выставляем в положение для измерения емкости (на шкале должны быть соответствующие обозначения (600 uF – 2 nF) – от 600 микрофарад до 2 нанофарад. Разряжаем конденсатор.

Обратите внимание! Если конденсатор является полярным, то подсоединение его контактов должно быть соответствующим катоду и аноду.

Подсоединяем щупы мультиметра к конденсатору. Так как, емкость не известна, измерение стоит начать с минимального значения на мультиметре. В случае, если емкость конденсатора не соответствует значению на приборе или произошел обрыв, на дисплее будет показываться единица. Путем переключения значений находим нужное. Так же для рассчета емкости конденсатора используются формула t = RC.


Данный метод используется для всех видов конденсаторов (например, керамического или электролитического).

Как правильно определить сопротивление резистора мультиметром

Для точного измерения сопротивления определенного резистора, не нужно обладать специальными знаниями в области электротехники. Для этого понадобится набор инструментов и четкое следование инструкции.

Для того, чтобы замерять сопротивление резистора мультиметром , нам нужно повернуть крутилку на «измерение сопротивления»

Для работы потребуется:

  • Мультиметр;
  • Паяльник;
  • Резисторы.

В первую очередь, необходимо убедиться, что мультиметр работает исправно. Проверьте качество контактов измерительных щупов с проводниками, а так же постоянство показаний на дисплее прибора.

Далее, если резистор, проверка которого должна быть осуществлена, находится в составе какой – либо микросхемы, его нужны выпаять. Обусловлено это тем, что показания на измерительном приборе будут соответствовать сопротивлению всех элементов цепи.

После того, как резистор извлечен, а мультиметр прошел проверку на исправность, можно переходить к измерению сопротивления. Для этого, находим на шкале мультиметра обозначения для измерения сопротивления. Они представлены в виде греческой буквы омега. И предположительно определив сопротивление резистора, выставляем нужное значение на мультиметре.

Важно знать! При измерении сопротивления резистора, недопустимо касание щупов руками, так как к сопротивлению резистора, добавится сопротивление вашего тело, и значения на дисплее не будут соответствовать правильным. Щуп придерживать можно только одной рукой.

Например, если резистор с сопротивлением предположительно в 1 кОм (1000 Ом) до 10 кОм (10000 Ом), значение на мультиметре выбираем немного большее (20 кОм). Если значение подобрано несоответственно, то на дисплее мультиметра будет показана единица.

Специальный прибор для определения емкости конденсатора

Определить емкость конденсатора представляется возможным разными способами, в том числе и мультиметром. Но очень часто, заявленная емкость (например 6000мкф), в несколько раз превышает значения на измерительном приборе (не более 600 мкф), поэтому определить емкость таких конденсаторов не возможно используя обычный мультиметр. Для этих целей существуют специализированные приборы для определения емкости.

Прибор состоит:

  • Корпус;
  • Дисплей;
  • Переключатель со шкалой;
  • Две кнопки.

Корпус прибора выполнен из обычного пластика в различной цветовой гамме. Прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем высокой информативности. Ниже дисплея располагаются две кнопки (с лева и справа). Левая, служит для фиксации показаний на дисплее, правая включает и выключает подсветку дисплея.

Между кнопками, сразу под дисплеем находится коннектор, при помощи которого призводятся замеры емкости конденсаторов малого размера. Ниже располагается переключатель с нанесенной на корпус шкалой для измерения. Значения шкалы варьируются от 200 пкф (покофарад), до 20000 мкф (микрофарад).

Важной особенностью прибора является возможность установки нулевого значения показаний.

В самом низу располагаются гнезда для подключения измерительных щупов, изоляция которых выполнена из мягкого пластика.

Данный измерительный прибор служит для одной определенной цели, но несомненно обладает большими возможностями.

Как выглядит формула емкости конденсатора (видео)

Для построения различных электрических схем, а так же для их правильной работы используются определенные радиодетали. В свою очередь данные элементы цепи нужно подобрать и проверить на работоспособность, что можно сделать, используя полученные знания.

Добавить комментарий

6watt.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ




КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Электрической емкостью называется физическая величина, показывающая заряд, который способно накапливать тело при приложении к нему потенциала в 1В:

.

Конденсатор – тело, способное накапливать достаточно большой заряд. Простейший конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделенные слоем диэлектрика.

Под электроемкостью конденсатора понимают физическую величину, показывающую заряд, который способен накапливать конденсатор при приложении к нему напряжения в 1 В.

. (1)

Виды конденсаторов:

1. По электроемкости: конденсаторы постоянной емкости; конденсаторы переменной емкости.

2. По виду диэлектрика: воздушные; керамические; бумажные и т.д.

3. По форме обкладок: плоские; сферические и т. д.

Конденсаторы соединяются в батареи.

Виды соединения конденсаторов:

А) последовательное;

Б) параллельное.

Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов:

,

где n – число конденсаторов.

Для двух конденсаторов получим:

. (2)

Общая электроемкость при параллельном соединении конденсаторов:

. (3)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Для определения емкости конденсатора пользуются схемой, приведенной на рис.1, где ИП — исто­чник постоянного напряжения, V — вольтметр, Сх— исследуе­мый конденсатор, Кн — перек­лючатель, позволяющий под­ключать конденсатор к источ­нику питания или к гальванометру Г. Параллельно гальванометру подключен ключ Кл, который замыкают на короткое время перед измерением для установки светово­го луча («зайчика») в начальное положение.

Как следует из (1), нахождение значения электроемкости связано с определением заряда Q на обкладках и напряжения U, которое определяется вольтметром V. Заряд Q можно измерить при помощи баллистического гальванометра. Главной частью гальванометра (рис. 2) является подвешенная на вертикальной нити Т рамка F, помещенная в поле постоянного магнита М. Скрепленное с рамкой зеркальце L служит для изме­рения угла поворота рамки гальвано­метра в магнитном поле при прохожде­нии по ней электрического тока. Заряд Q, протекающий через рамку, пропорционален первому отбросу светового луча:



,

где А — постоянная гальванометра, N — число делений шкалы для первого отброса светового луча. Значение пос­тоянной А можно определить, разряжая через гальванометр конденсатор известной ёмкости С, заряженный до напряжения U, тогда заряд конденсатоpa равен:

, и . (4)

ИЗМЕРЕНИЯ. 1. Собрать схему (рис. 1), подключить конденсатор известной емкости и зарядить его до напряжения, при котором во время разряда конденсатора «зайчик» по шкале гальванометра отклонится на 0,7….0,8 длины шкалы. Далее, определив средний отброс «зайчика» из 5 опытов по разрядке известного конденсатора, найти постоянную гальванометра А, используя (4).

2. Определить емкости двух конденсаторов С1 и C2 по известной постоянной гальванометра А. Для этого подключают вместо образцового сначала конденсатор С1, потом C2. Изменяя напряжение на конденсаторе, добиться отклонения «зайчика» на 0,7…0,8 длины шкалы. Определив средний отброс «зайчика» из 5 опытов, находят значения емкостей C1и C2 из формулы (4).

3. Определить емкость батареи из двух конденсаторов при параллельном и последовательном соединении. Сравнить результаты опыта с результатами вычисления емкости батареи по формулам (2) и (3).

РЕЗУЛЬТАТЫ

С, мкФ U, В N1 N2 N3 N4 N5 Nср. А, мкФ×В
                 

 

№ опыта U, В N1 N2 N3 N4 N5 Nср. C,
мкФ
                 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4э

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ


МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. При протекании электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из проводника и источника тока (электрической батареи), оказывается, что внутри источника тока положительные заряды должны перемещаться против сил электростатического поля. Это возможно только в том случае, если на заряды действуют силы неэлектрического происхождения, так называемые сторонние силы. Работа сторонних сил по перенесению 1 Кл заряда между теми точками цепи, где они действуют, называется электродвижу­щей силой (ЭДС): . ЭДС измеряется в вольтах.




Согласно закону Ома для полной цепи:

, (1)

где e — ЭДС, i — сила тока, r — внутреннее сопротивление источника, U — напряжение на полюсах источника тока. Из формулы (1) видно, что обычные токопроводящие вольтметры непригодны для точного определения ЭДС.

При отсутст­вии тока ЭДС равна напряжению на полюсах источника. Из этого следует, что принципиально возможно измерить ЭДС электро­статическим или электронным вольтметром (вольтметрами, не потребляю­щими тока). Наиболее точным методом измерения ЭДС является метод ком­пенсации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Принципиальная схема компенсационного метода измерения ЭДС изображе­на на рис. 1. Вспомогательная ба­тарея с ЭДС, заведомо превосходящей ЭДС ис­следуемого элемента, поддерживает ток в цепи реохорда АВ0. Исследуемый источник ЭДС одним полюсом присоединен к точке А, а другим — через гальванометр G и сопро­тивление R к движку реохорда D. Компенсация ЭДС возможна только в том случае, если вспомогательная батарея и исследуемый элемент включены одноименными полюсами навстречу друг другу. Напряжение на реохорде больше, чем , поэтому всегда можно подобрать участок реохорда AD дли­ной (сопротивлением Rx), чтобы напряжение на нем равнялось . При этом сила тока через гальванометр будет равна нулю ( уравновешивается напряжением ). В уравновешенной таким образом цепи согласно за­кону Кирхгофа для контура AD А можно написать:

. (2)

Для того, чтобы исключить из уравнения (2) силу тока, вместо неизвест­ного элемента переключателем К подключают к цепи нормальный элемент Вестона (рис.1) с известной ЭДС . Компенсация ЭДС произойдет при но­вом положении движка (при длине AD равной lN и сопротивления этого уча­стка RN).

Условие компенсации выразится равенством: . (3)

Из (2) и (3) имеем: (4)

или . (5)

Таким образом, измерение ЭДС сводится к измерению длин участков реохорда. В рассматриваемом методе гальванометр применяется не для из­мерения тока, а для констатации его отсутствия. Для этих целей применяются приборы, у которых нуль расположен посередине шкалы. Точность измерения ЭДС по схеме на рис. 1 невелика, так как при отсчете длины делаются погрешности более 0,5 мм. Кроме того, в процессе эксплуата­ции проволока стирается, и ее сопротивление по длине делается неоднород­ным. Монтажная схема установки изображена на рис. 2. Сопротивление R (порядка 104 Ом) служит для ограничения тока, те­кущего через гальванометр. Нормальный и исследуемый элемент подключа­ются к схеме с помощью ключа К2. В опытах батарея , элементы и ex подключаются только на короткое время нажатием — двой­ного ключа К2 для того, чтобы не перегревалась проволока рео­хорда. При измерениях рекомендуется производить компенсацию дважды: до и после компенсации ЭДС нормального элемента. Из двух значений длин реохорда следует взять среднее, которое подставляется в формулу (5). Значение берется из паспорта =1.018 В.

ЗАДАНИЕ. 1. Собрать схему (рис. 2) и поставить рукоятку тумблера К1 в такое положе­ние, чтобы был включен элемент . Замкнуть ключ К2, перемещая контакт D реохорда, добиться того, чтобы стрелка гальванометра установилась на нуль. Запи­сать в таблицу длину между А и DNx.

2. Перекинуть рукоятку тумблера К1 и включить элемент . Проделать для этого элемента все, что указано в пункте 1, и записать в таблицу. Опыт проделать 3 раза. По результатам измерений по формуле: рассчитать ЭДС. Опыты повторить с вторым элементом и обоими элементами, вклю­ченными последовательно. Результат представить в виде:

.

РЕЗУЛЬТАТЫ

№ опыта Nx, дел. Nn, дел. DNx, дел. DNn, дел. ex, В Dex, В
             

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6э

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. В электрической цепи, содержащей источник тока с ЭДС e и внутренним сопротивлением r, на резисторе R (рис.1) будет выделяться полезная мощность:

, (1)

где I — сила тока. Согласно закону Ома для замкнутой цепи:

. (2)

Из (1) и (2) следует что:

. (3)

Ток I протекает так же и внутри источника, и поэтому в нем выделяется мощность

.

Полная мощность источника:

. (4)

Полезная мощность источника изменяется от нуля при R = 0, проходит через максимум при

, (5)

а затем убывает, стремясь к нулю при . Максимальное значение полезной мощности:

. (6)

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Собрать цепь, состоящую из источника тока, ключа, магазина резисторов R согласно рис.1.

2. Снять зависимость тока I от сопротивления R. Результаты записать в виде таблицы. Изменение R с помощью декадных переключателей магазина производить при разомкнутом ключе. Ключ замыкается только на время проведения измерения.

3. Рассчитать полезную мощность по формуле (1) и вычертить график зависимости Рп (R).

4. По графику определить r, Pпmaх и, используя (6), рассчитать ЭДС источника тока e.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13э











infopedia.su

Определение электрической емкости конденсатора — КиберПедия

Цель работы: изучить понятия о электрической емкости и емкостном сопротивле-

нии конденсатора, определить емкости отдельных конденсаторов и

емкость батареи последовательно и параллельно соединенных кон-

денсаторов.

Приборы и принадлежности: два конденсатора, амперметр, вольтметр, реостат, со-

единительные провода.

Теория работы

 

Конденсатором называется устройство, обладающее способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать и отдавать значительные по величине электрические заряды. Конденсаторы применяются в электрических цепях (сосредоточенные емкости), в импульсных генераторах напряжения, в электроэнергетике (компенсаторы реактивной мощности), в измерительных целях (измерительные конденсаторы и емкостные датчики).

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком или вакуумом, толщина которого намного меньше линейных размеров проводников.

Основной характеристикой конденсатора является его емкость, под которой понимается электрическая емкость между обкладками конденсатора. Емкость конденсатора численно равна заряду q, приходящемуся на единицу разности потенциалов j1j2 между обкладками:

. (1)

 

Единицей измерения емкости в системе СИ является фарад (Ф). Это емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на один вольт при изменении заряда на нем в один кулон:

 

.

 

1 фарад – очень большая величина, поэтому в практике для измерения емкости применяются дольные единицы: микрофарад (1 мкФ = 10-6 Ф) и пикофарад(1 пФ =

= 10-12 Ф). На электрических схемах конденсатор условно обозначается буквой С.

Емкость конденсатора определяется его геометрией (формой и размерами обкладок, величиной зазора между ними), а также диэлектрическими свойствами среды, заполняющей пространство между обкладками. В зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские (проводники в виде двух плоских параллельных пластин), цилиндрические (два коаксиальных цилиндра) и сферические (две концентрические сферы).

Емкость плоского конденсатора равна

 

, (2)

 

где e0 =8,85×10-12 — электрическая постоянная; e — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S – площадь обкладок; d — расстояние между обкладками.

 
 

 
а)
 
При последовательном соединении n конденсаторов (рис. 1 а) их общая емкость определяется из выражения
 
. (3)
 
 

 
б)
Рис. 1
При параллельном соединении n конденсаторов (рис. 1 б) их общая емкость равна
 
С= С1+ С2+…+ Сn. (4)
 
В формулах (3), (4) С1, С2,…, Сn — емкости отдельных конденсаторов.
Если конденсатор включен в цепь постоянного тока, то в стационарном (установившемся) режиме ток в ветви с конденсатором отсутствует, поскольку диэлектрик между пластинами конденсатора не имеет свободных носителей заряда; конденсатор представляет собой разрыв цепи.
При включении конденсатора в цепь переменного тока изменяется во времени заряд и потенциал обкладок конденсатора. Мгновенное значение тока в конден-

саторе равно скорости изменения заряда q на обкладках конденсатора:


 

(5)

 

При увеличении тока конденсатор заряжается, при уменьшении — разряжается. Цепь переменного тока конденсатор не разрывает: попеременно заряжаясь и разряжаясь, он обеспечивает движение носителей заряда (электрический ток) во внешней электрической цепи.

При увеличении тока растет заряд конденсатора, и в нем накапливается энергия Wэ, локализованная в электрическом поле Е,занимающем объем V между обкладками конденсатора:

, (6)

 

где U = j1j2 – напряжение или разность потенциалов между обкладками конденсатора.

При уменьшении тока уменьшается заряд конденсатора, и накопленная энергия Wэ возвращается к источнику переменного тока.

Таким образом, в цепи переменного синусоидального тока конденсатор без потерь то потребляет энергию от источника, то отдает ее обратно источнику, т.е. за период не потребляет энергии тока, но определяет величину этого тока, оказывая сопротивление его протеканию. Такое сопротивление переменному току, при котором не потребляется энергия этого тока, называется реактивным. Для цепи с конденсатором, обладающей только емкостью (рис. 2 а), реактивное сопротивление является емкостным сопротивлением и равно

 

, (7)

 

где w = 2pf — круговая (циклическая) частота переменного синусоидального тока; f- частота переменного тока.


 

Рис. 2

 

Подключим конденсатор к источнику переменного напряжения, изменяющегося по синусоидальному закону

 

u=Umsin wt, (8)

 

где u — мгновенное значение напряжения в момент времени t; Um – максимальное (амплитудное) значение напряжения; wt — фаза.Через конденсатор потечет переменный ток этой же частоты w:

 

(9)

 

где амплитуда тока Im =CwUm. Таким образом, ток будет опережать напряжение на четверть периода (начальная фаза ).

На рис. 2 б показана волновая диаграмма, а на рис. 2 в — векторная диаграмма, иллюстрирующие опережение током напряжения по фазе на величину φ0= 900, вызываемое наличием в цепи переменного тока емкости С.

Под векторной диаграммой понимается диаграмма, изображающая совокупность векторов, построенная с соблюдением их взаимной ориентации по фазе. Длина каждого вектора равна амплитуде колебания, а направление вектора образует с некоторой осью (в нашем случае это горизонтальная ось – ось токов) угол, равный начальной фазе колебания.

В формулы (8), (9) входят максимальные значения тока Im и напряжения Um. Измерительные приборы, работающие в цепи переменного синусоидального тока, показывают действующие значения тока I и напряжения U, которые связаны с максимальными значениями Im и Um посредством формул

 

. (10)

 

Действующее значение переменного тока через конденсатор может быть определено с помощью закона Ома:

. (11)

С учетом (7) и (11) выражение для емкостного сопротивления конденсатора равно , откуда емкость конденсатора

. (12)

 

В Российской Федерации стандартная частота переменного синусоидального тока f = 50 Гц.

Порядок выполнения работы

 

I. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 3, подключив конденсатор С1. Обозначения на рис. 3: — выключатель, — потенциометр, PA — амперметр, PV— вольтметр, C1, C2 — конденсаторы.

 

cyberpedia.su