ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА И БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ
Лабораторная работа №2
Составители: Санеев Э.Л.
Шагдаров В.Б.
Издательство ВСГТУ
Улан-Удэ, 2007
Аннотация
В лабораторной работе определяются емкости двух конденсаторов и батареи этих конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении. Работа выполняется на лабораторном модуле. Емкости определяются по среднему значению тока разрядки конденсаторов. Частота перезарядки – 50 Гц.
Ключевые слова: конденсатор, емкость, батарея конденсаторов, емкость параллельно и последовательно соединенных конденсаторов.
2. измерить среднее значение тока разряда конденсатора С 1.
3. Присоединить гибкие выводы к конденсатору С2 (гнезда 2 и 3) и измерить его ток разряда.
4. Присоединить гибкие выводы к гнездам 1 и 3 и измерить ток разряда последовательно соединенных конденсаторов С1, С2.
5. Закоротить гнезда 3 и 4 перемычкой, подсоединить гибкие выводы к гнездам 1 и 2 и измерить ток разряда параллельно соединенных конденсаторов С 1и С2.
6. Результаты измерений занести в табл. 1.
7. Повторить пункты 1-6, изменяя напряжение на источнике ИП в диапазоне 4 - 10 В с шагом в 1 В.
Таблица 1
| U, В | I, мкА | ||||
| С1 | С2 | С3 (паралельн.) (параллельное) | С4 (послед.) | ||
| …. | |||||
Обработка результатов измерений
1. Построить графики зависимостей I (U) для каждого цикла измерений. На графиках отметить экспериментальные точки. Прямые провести по методу наименьших квадратов (или как можно близко к точкам).
1. Рассчитать коэффициент А зависимости (3) для каждого цикла измерений по методу наименьших квадратов (или через тангенс угла наклона).
Выполнение работы
3.1. Цель работы: определение ёмкости конденсатора и батареи из двух конденсаторов при их параллельном и последовательном соединении.
Приборы и принадлежности.
| Приборы | Пре-дел измерения | Цена деле-ния | Точность (Кл. точ- ности) | Погре- шность |
| Вольтметр электронный | ||||
| Микроамперметр стрелочный |
Лабораторный модуль.
Источник питания.
Подготовка модуля к работе.
1. Подсоединить к гнездам "РА" микроамперметр.
2. Подключить к лабораторному модулю источник питания ИП.
3. Включить в сеть лабораторный модуль и источник питания.
4. Включить тумблер "РПС" на лицевой панели модуля.
5. Установить на источнике питания ИП напряжение, от 4В до 10В.
Порядок проведения измерений
1. С помощью гибких выводов на панели лабораторного модуля
подсоединить конденсатор емкостью С 1к гнёздам 1 и 2 (рис. 2).
8. Нажав и удерживая кнопку "К" в течение 3 - 4 с,
Лабораторная работа № 2
Определение ёмкости конденсатора и батареи конденсаторов
- Вывод расчётной формулы
За время Т, равное периоду перезарядки конденсатора, через микроамперметр пройдёт заряд Q, величина которого определяется площадью (рис. 1), ограниченной кривой тока разряда конденсатора i (t) и осью времени t. С другой стороны, Q можно определить через площадь, ограниченную прямой I = const и осью времени t в пределах периода перезарядки конденсатора. Здесь I - среднее значение тока, которое показывает микроамперметр. Обе площади, выделенные на рис. 1, равны, следовательно, можно записать
|
| Рис. 1 |
, (1)
Напряжение U, заряд конденсатора Q и ёмкость конденсатора С связаны известным соотношением
Q = CU. (2)
Приравнивая (1) и (2), а также учитывая соотношение ν = 1/T, где ν - частота перезарядки конденсатора, равная частоте питания поляризационного реле 50 Гц, получим линейную зависимость среднего значения силы тока от напряжения:
I=A·U, (3)
где A = C·ν - коэффициент пропорциональности, равный тангенсу угла наклона прямой I(U). Таким образом емкость можно определить через коэффициент А по формуле:
(4)
Емкость параллельно соединенных конденсаторов:
С 4 = С 1 + С 2 (5)
Емкость последовательно соединенных конденсаторов:
(6)
Описание установки
В состав лабораторной установки входят: лабораторный модуль, источник питания ИП, стрелочный микроамперметр.
|
| Рис. 2 |
Электрическая схема лабораторного модуля изображена на его передней панели (рис. 2). Внутри лабораторного модуля на печатной плате смонтированы: поляризационное реле типа РПС-32А, а также два конденсатора. Конденсаторы подключаются к источнику питания с помощью гибких выводов со штекерами. К гнездам "РА" подключается микроамперметр. Один из гибких выводов подключён через поляризационное реле, а второй - непосредственно к источнику тока. Переменное питание на реле подается через тумблер "РПС" и кнопку "К" с нормально разомкнутыми контактами.
В первую половину периода замыкаются контакты реле, через которое подается напряжение на гибкие выводы, и конденсатор заряжается. Контакты, в цепь которых включен микроамперметр, разомкнуты. Во вторую половину периода размыкаются контакты реле, через которые подается напряжение на конденсатор, и замыкаются контакты, через которые к заряженному конденсатору подключается измерительный прибор. Этот процесс проходит с частотой питания обмотки поляризационного реле, равной 50 Гц.