Определение емкости конденсатора методом сравнения

1.

Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ
КОНДЕНСАТОРА
МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ

2.

Лабораторная установка
G – источник
напряжения;
R – потенциометр;
V – вольтметр;
SA – переключатель;
С - конденсатор

3.

Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение емкости неизвестного конденсатора
1.1. Собрать схему, подключив эталонный конденсатор Сэ (см. слайд
1).
1.2. С помощью потенциометра установить требуемое напряжение
(3 В).
1.3. Поставить ключ SA в положение 1, то есть зарядить эталонный
конденсатор.
1.4. Поставить ключ SA в положение 2, то есть разрядить эталонный
конденсатор через гальванометр (видеофрагмент 1) и записать
максимальное отклонение стрелки по шкале - nэ – в таблицу 2.1.
1.5. Повторить эксперимент еще 2 раза, не изменяя напряжение, и
записать соответствующее отклонение стрелки по шкале в таблицу 2.1.

4.

Видеофрагмент 1

5.

1.6.
Заменить
эталонный
конденсатор конденсатором неизвестной
емкости,
для
чего
собрать
соответствующую схему (см. рис.).
1.7. Поставить ключ SA в
положение
1,
то
есть
зарядить
конденсатор неизвестной емкости.
1.8. Поставить ключ SA в
положение 2, то есть разрядить
конденсатор
неизвестной
емкости
(видеофрагмент 2) через гальванометр и
записать
максимальное
отклонение
стрелки по шкале – nх – в таблицу 2.1.
1.9. Повторить эксперимент еще 2
раза, не изменяя напряжение, и записать
соответствующее отклонение стрелки по
шкале в таблицу 2.1.
1.10. Заполнить таблицу 2.1.

6.

Видеофрагмент 2

7.

Таблица 2.1
Определение емкости неизвестного конденсатора
N
п/п
Показание
вольтметра
U, В
Показание
гальванометра,
дел.
Погрешность
Сх,
мкФ
nэ
<Сх>,
мкФ
ΔСх,
мкФ
nх
1
2
3
Сх=<Сх>±<ΔСх>=
<ΔСх>,
мкФ
δ,
%

8.

1.10.1. Емкость неизвестного конденсатора рассчитать по формуле
Cx Cэ
nх
,
nэ
где Сэ – емкость эталонного конденсатора, Сэ=4 мкФ.
1.10.2. Среднюю емкость неизвестного конденсатора рассчитать
по выражению:
С х1 С х2 С х3
С х
,
3
где С х1, Сх2, Сх3 – значение емкости неизвестного конденсатора в каждом
из опытов.
1.10.3. Абсолютную погрешность для каждого опыта определить по
формулам:
ΔСх1= | Сх1 - <Сх>|;
ΔСх2= | Сх2 - <Сх>|;
ΔСх3= | Сх3 - <Сх>|.

9.

1.10.4. Среднюю абсолютную погрешность рассчитать по выражению:
Δ С х
ΔС х1 ΔС х2 ΔС х3
3
1.10.5. Относительную погрешность определить по формуле:
δ
Δ С х
100
С х
1.10.6. Записать интервал, в котором находится среднее значение
емкости:
Сх=<Сх>±<ΔСх>.

10.

Задание 2. Определение емкости батареи конденсаторов при
последовательном соединении и сравнение с теоретическим
результатом
2.1. Эталонный конденсатор и
конденсатор
неизвестной
емкости
соединить последовательно (см. рис.).
2.2. С помощью потенциометра
установить требуемое напряжение (3 В).
2.3. Поставить ключ SA в положение
1, то есть зарядить батарею конденсаторов.
2.4. Поставить ключ SA в положение
2, то есть разрядить батарею конденсаторов
через гальванометр (видеофрагмент 3) и
записать максимальное отклонение стрелки
по шкале – nб – в таблицу 2.2.
2.5. Повторить эксперимент еще 2
раза, не изменяя напряжение, и записать
соответствующее отклонение стрелки по
шкале в таблицу 2.2.

11.

Видеофрагмент 3

12.

Таблица 2.2
Определение емкости батареи конденсаторов
Показание
гальванометра,
дел.
N
п/п
nб
nэ
Погрешность
Сб эксп,
мкФ
<Сб эксп>,
мкФ
ΔСб эксп,
мкФ
<ΔСб
эксп>,
мкФ
1
2
3
Сравнение
с теоретическим
результатом
δ,
%
<Сб теор>,
мкФ
γ,
%

13.

2.6.1. Значение nэ – отклонения стрелки гальванометра при разряде
эталонного конденсатора берется по данным табл. 2.1.
2.6.2. Емкость батареи конденсаторов (экспериментальная), мкФ,
определяется по формуле:
ná
C á ýêñï C ý
ný
2.6.3. Средняя емкость батареи конденсаторов
рассчитывается по выражению:
С б эксп
С б эксп1 С б эксп2 С б эксп3
,
3
где Сб эксп1, Сб эксп2, Сб эксп3 – значение емкости батареи конденсаторов в
каждом из опытов.
2.6.4. Абсолютную погрешность для каждого опыта определить по
формулам:
ΔСб эксп1= | Сб эксп1 - <Сб эксп>|;
ΔСб эксп2= | Сб эксп2 - <Сб эксп>|;
ΔСб эксп3= | Сб эксп3 - <Сб эксп>|.

14.

2.6.5. Среднюю абсолютную погрешность рассчитать по выражению:
ΔС б эксп
ΔС б эксп1 ΔС б эксп2 ΔС б эксп3
3
2.6.6. Относительную погрешность определить по формуле:
δ
Δ С б эксп
100
С б эксп
2.6.7. Для сравнения данных эксперимента с теоретическим результатом
определяется средняя емкость батареи конденсаторов (теоретическая), мкФ,
1
Ñá òåîð
1
1
Ñ õ Ñý
где <Сх> - средняя емкость неизвестного конденсатора (берется по
данным табл. 2.1), Сэ – емкость эталонного конденсатора, Сэ=4 мкФ.
Экспериментальное значение емкости батареи сравнивается с
теоретическим
γ
С б эксп С б теор
С б теор
100

15.

Задание 3. Определение емкости батареи конденсаторов при
параллельном соединении и сравнение с теоретическим результатом
3.1.
Эталонный
конденсатор
и
конденсатор
неизвестной
емкости
соединить последовательно (см.рис.).
3.2.
С
помощью
потенциометра
установить требуемое напряжение (3 В).
3.3. Поставить ключ SA в положение 1,
то есть зарядить батарею конденсаторов.
3.4. Поставить ключ SA в положение 2,
то есть разрядить батарею конденсаторов
через гальванометр (видеофрагмент 4) и
записать максимальное отклонение стрелки
по шкале – nб – в таблицу 2.3.
3.5. Повторить эксперимент еще 2 раза,
не изменяя напряжение, и записать
соответствующее отклонение стрелки по
шкале в таблицу 2.3.
3.6. Заполнить таблицу 2.3.

16.

Видеофрагмент 4

17.

Таблица 2.3
Определение емкости неизвестного конденсатора
Показание
гальванометра,
дел.
N
п/п
1
2
3
nб
nэ
Сравнение
с теоретическим
результатом
Погрешность
Сб эксп,
мкФ
<Сб эксп>,
мкФ
ΔСб эксп,
мкФ
<ΔСб эксп>,
мкФ
δ,
%
<Сб теор>,
мкФ
γ,
%

18.

3.6.1. Значение nэ – отклонения стрелки гальванометра при разряде
эталонного конденсатора берется по данным табл. 2.1.
3.6.2. Емкость батареи конденсаторов (экспериментальная), мкФ,
определяется по формуле:
C á ýêñï C ý
ná
ný
3.6.3. Средняя емкость батареи конденсаторов рассчитывается по
выражению:
Ñá ýêñï1 Ñá ýêñï2 Ñá ýêñï3
Ñá ýêñï
3
где Сб эксп1, Сб эксп2, Сб эксп3 – значение емкости батареи конденсаторов
в каждом из опытов.
3.6.4. Абсолютную погрешность для каждого опыта определить по
формулам:
ΔСб эксп1= | Сб эксп1 - <Сб эксп>|;
ΔСб эксп2= | Сб эксп2 - <Сб эксп>|;
ΔСб эксп3= | Сб эксп3 - <Сб эксп>|.

19.

3.6.5. Среднюю абсолютную погрешность рассчитать по выражению:
ΔС б эксп
ΔС б эксп1 ΔС б эксп2 ΔС б эксп3
3
3.6.6. Относительную погрешность определить по формуле:
δ
Δ С б эксп
100
С б эксп
3.6.7. Для сравнения данных эксперимента с теоретическим результатом
определяется средняя емкость батареи конденсаторов (теоретическая), мкФ,
C á òåîð Ñõ Ñý
где <Сх> - средняя емкость неизвестного конденсатора (берется по
данным табл. 2.1), Сэ – емкость эталонного конденсатора, Сэ=4 мкФ.
Экспериментальное значение емкости батареи сравнивается с
теоретическим
γ
С б эксп С б теор
С б теор
100

20.

Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Используемое оборудование.
3. Схема лабораторной установки.
4. Таблицы 2.1 – 2.3 с результатами измерений и расчетов.
5. Ответы на контрольные вопросы.

21.

Контрольные вопросы
1. Что называется конденсатором?
2. Устройство плоского конденсатора.
3. Что называется электрической емкостью?
4. От каких величин зависит емкость плоского конденсатора?
5. Какие виды соединений конденсаторов известны и как можно
определить емкость батареи конденсаторов?
6. Потенциальная энергия заряженного конденсатора.
7. Определение емкости неизвестного конденсатора методом
сравнения.
8. Применение конденсаторов.