Краткие теоретические сведения

Конденсатор – накопитель заряда. При подключении конденсатора к источнику постоянного тока он заряжается. В результате зарядки на одной из обкладок накапливается «+» заряд, на другой «-» заряд. Характеристикой любого конденсатора является электрическая емкость – С [Ф] (Фарада) – электроемкость конденсатора. Величина, характеризующая зависимость заряда наэлектризованного проводника от размеров и формы проводника и внешних условий, называется электроемкостью проводника.

Накопление зарядов на обкладках конденсатора называется зарядкой. Нейтрализация зарядов конденсатора при соединении его обкладок проводником называется разрядкой. Количество электричества q, которое переходит с одной обкладки на другую в процессе разрядки конденсатора, называется его зарядом. Этот заряд q равен количеству электричества, находящегося на одной из обкладок заряженного конденсатора

С – физическая величина, равная отношению заряда q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками. Поэтому электроемкость конденсатора определяется формулой:

С= ;                                                                                 (4.34)

Электроемкость конденсатора – есть величина постоянная т.к., чем больше заряд накаливается на одной из обкладок, тем больше разность потенциалов между ними, а отношение заряда к разности потенциалов остается величиной постоянной для конденсатора С = q/U. Электроемкость конденсатора зависит от его формы, площади поверхности и его диэлектрической проницаемости среды.

С=                                                                                                 (4.35)

где ε-диэлектрическая проницаемость среды; ε₀=8.85·10^-12Ф-диэлектрическая постоянная; d(м) – расстояниемежду пластинами

Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.

При последовательном соединении на всех обкладках конденсаторов будут одинаковые по величине заряды q. Напряжение батареи конденсаторов равно сумме напряжений каждого конденсатора.

    Рисунок 4.9 − Схема последовательного соединения конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов различной емкости, электроемкость батареи определяется по формуле:

 

(4.36)

 

При параллельном соединении конденсаторов все положительно заряженные обкладки подсоединены к одному проводу, а отрицательно заряженные – кдругому проводу. В этом случае напряжения на всех конденсаторах одинаковы и равны U, а заряд на батарее равен сумме зарядов на отдельных конденсаторах.

Рисунок 4.9 − Схема параллельного соединения конденсаторов

При параллельном соединении общая емкость С_общ определяется по формуле:

С_общ = С₁ + С₂ + С₃+…                                                                  (4.37)

Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать его через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отклоняться по шкале на одно и то же число делений. При конденсаторах другой емкости гальванометр покажет другое отклонение стрелки.

Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что величина емкости конденсатора С прямо пропорциональна числу делений n, на которое отклоняется стрелка гальванометра. В этом случае электроемкость определятся по формуле:

С=к·n_с                                                                                       (4.38)

Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности, выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению. Коэффициент пропорциональности определяется по формуле:

к=С/n_ср                                                                                      (4.39)

Зная коэффициент и повторив опыт с конденсатором неизвестной емкости, можно определить его емкость по отклонению стрелки гальванометра.

 

Порядок выполнения работы

 

Часть 1. Задание1

 

1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 4.10. В цепи установить один из конденсаторов известной емкости;

Рисунок 4.10 − Экспериментальная схема

 

2.Конденсатор зарядить: для этого соединить его (переключателем) на короткое время с источником питания;

3.Сосредоточив внимание на микроамперметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующее максимальному отклонению стрелки;

4.Опыт повторить еще два раза для более точного определения числа делений n;

5.Опыт повторить 2 раза с другими конденсаторами известной емкости, согласно пунктам 1-4;

6.Результаты измерений записать в таблицу 4.12

7. Взять конденсатор неизвестной емкости С_х и повторить опыт(п.1-4);

8.Записать данные n, полученные по микроамперметру в таблицу 4.12

 

Таблица 4.12 – Экспериментальные данные

№	Емкость конденсаторов С, мкф	Число делений по шкале микроамперметра n	Отношение числа делений к емкости n/С = k	Найденная емкость конденсатора неизвестной емкости Сх, мкф	ε =
1
2
3