Меню сайта

10 класс

Лабораторная работа №10
Измерение электрической ёмкости конденсатора

Цель работы

Освоить метод измерения ёмкости конденсатора с помощью вольтметра.

Оборудование

Магазин ёмкостей лабораторный (конденсатор 4700 мкФ), мультиметр, секундомер, резистор сопротивлением 20—25 кОм, выпрямитель лабораторный, ключ, соединительные провода.

Необходимые сведения

Ёмкость конденсатора C можно измерить, если определить модуль заряда на его пластинах Q и напряжение U между ними.

Для того чтобы конденсатор зарядился, его необходимо подключить к источнику постоянного напряжения. Пока конденсатор заряжается, в цепи будет протекать электрический ток. Так как сила тока — это заряд, протекающий в проводнике за единицу времени, то величину заряда пластин конденсатора можно определить, умножив силу тока I на время t. Поскольку с увеличением заряда пластин сила тока будет меняться, то для определения полного заряда, который получит конденсатор при зарядке, время зарядки делят на малые интервалы Δt, на протяжении которых силу тока I можно считать постоянной.

Величина заряда Δq, на которую изменится заряд конденсатора за интервал Δt, определяется но формуле Δq = IΔt. Тогда полный заряд Q конденсатора можно определить, просуммировав все значения Δq:

Q = Δq₁ + Δq₂ + .... + Δq_n.          (2)

Подготовка к работе

• Настройте мультиметр для измерения постоянного напряжения до 20 В.

• Укажите, в каких единицах измеряют ёмкости конденсаторов. Какая существует связь между ними?

• Рассмотрите внимательно надписи на корпусе конденсатора, который предполагается использовать в работе. Обратите внимание на номинальное значение ёмкости, допуск (интервал) значений, в пределах которого может находиться её реальное значение, предельно допустимое рабочее напряжение, полярность выводов.

• Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица для записи результатов измерений и вычислений

t, c	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
U, В
I, А
Δq, Кл

Порядок выполнения работы

1. Разрядите конденсатор, замкнув на небольшой промежуток времени его выводы проводником.

2. Соберите электрическую цепь, учитывая полярность подключения выводов конденсатора. В качестве вольтметра используйте мультиметр.

3. Замкните ключ и одновременно включите секундомер. Записывайте через каждые 15 с показания вольтметра на протяжении 5 мин.

4. Разомкните ключ через 5 мин после начала опыта.

5. Отключите мультиметр и измерьте с его помощью напряжение U на выводах конденсатора.

6. Измерьте мультиметром значение сопротивления резистора R, параллельно которому был подключён вольтметр.

7. Вычислите, используя закон Ома для участка цепи, силу тока в цепи для каждого временного интервала (равного 15 с) по формуле I = U / R

8. Определите величины зарядов Δq, накапливаемые конденсатором каждые 15 с, по формуле: Δq = I • 15 с.

9. Определите по формуле (2) суммарный заряд, накопленный конденсатором Q.

10. Вычислите ёмкость конденсатора C по формуле (1).

11. Установите, попадает ли полученное значение ёмкости в интервал её возможных реальных значений (определяется по указанным на корпусе номиналу и допуску значений).

12. Сделайте вывод об эффективности метода измерения ёмкости, который был использован в данной работе. Укажите его достоинства и недостатки.