تحديد سعة المكثف. تحديد سعة المكثف وثابت العزل الكهربائي للزيت عن طريق الشحن والتفريغ الدوري للمكثف

الغرض من العمل

الغرض من هذا العمل هو دراسة قوانين الكهرباء الساكنة وإحدى طرق قياس سعة المكثف.

نظرية مختصرة

مكثف هو نظام يتكون من موصلين مفصولين بطبقة عازلة، مما يوفر اتصالاً كهربائياً قوياً بين الشحنات المتراكمة على هذه الموصلات. تسمى الموصلات التي تشكل المكثف بالصفائح. اعتمادًا على شكل الألواح، تكون المكثفات كروية أو أسطوانية أو مسطحة. تعتبر شحنة المكثف هي شحنة لوحة واحدة، مأخوذة بالقيمة المطلقة.

سعة المكثف هي كمية فيزيائية عددية تميز قدرة المكثف على تجميع شحنة كهربائية وتساوي عددياً الشحنة التي يجب أن تنتقل من لوحة للمكثف إلى أخرى حتى يتغير فرق الجهد بينهما بواحدة.

تعتمد سعة المكثف على شكل وحجم ألواحه، وثابت العزل الكهربائي للمادة العازلة، ولا تعتمد على خصائص الموصلات التي تصنع منها الألواح. وحدة قياس السعة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات هي الفاراد (F = C/V).

يمكن قياس سعة المكثف باستخدام طرق مختلفة. استخدمنا في هذا العمل طريقة تعتمد على قياس الشحنة المتراكمة بواسطة مكثف. وفي هذه الحالة يتم حساب السعة طبقاً للتعريف (2.03.1).

د

تحديد سعة مكثف مجهول ج ستجميع السلسلة وفقا للشكل. 5.

عند توصيله بمصدر طاقة، يتم شحن المكثف. الشحنة المتراكمة على ألواح المكثف عند فرق جهد ثابت  بما يتناسب مع قدرتها. في الحالة المستقرة، يكون فرق الجهد مساويًا للقوة الدافعة الكهربية للمصدر ه .

.(2.03.2)

عندما يتم تفريغ مكثف، فإن التدفق في الدائرة يتناقص مع مرور الوقت. التيار الكهربائي. بحكم التعريف، القوة الحالية

. (2.03.3)

نحن مهتمون بالتهمة س أي لا بد من الحساب

.

ويستخدم جهاز إلكتروني يسمى التكامل لهذا الغرض.

عندما يتم توصيل مكثف مشحون بمتكامل، والذي بدوره متصل بمقياس الفولتميتر، يتدفق التيار في دائرة التكامل. يتناسب الجهد عند خرج التكامل مع تكامل التيار عند مدخله، أي الشحنة:

أين ب - ثابت التكامل (غير معروف).

الجهد االكهربى ش سيتم قياسها باستخدام الفولتميتر الرقمي. بمقارنة الصيغتين (2.03.2) و (2.03.4) نحصل على:

. (2.03.5)

في التعبير الناتج، ثابت التكامل ب وفرق الجهد عبر المكثف ه غير معروفة. لذلك، فقط على أساس (2.03.5) يمكننا تحديد ذلك ج ستبين أنه مستحيل. لتجنب تحديد الكميات ب و ه , يستخدم هذا العمل طريقة معايرة معروفة. دعونا تشغيل المكثف بدلا من ذلك ج سمكثف ذو سعة معروفة ج 1 وإجراء قياسات مماثلة. في هذه الحالة، عند إخراج المتكامل نحصل على القراءة ش 1 وبالقياس على (2.03.5) نكتب:

. (2.03.6)

بقسمة المتساويتين (2.03.5) و (2.03.6) على بعضهما البعض، نحصل على

, (2.03.7)

أين ش سو ش 1 – قراءات الفولتميتر عند تفريغ المكثفات المجهولة والمعروفة، على التوالي (القراءات القصوى على لوحة مؤشر الفولتميتر)؛ ج 1 قدرة مكثف معروف.

إنجاز المهمة

الأجهزة اللازمة: مكثف ذو سعة معروفة ( مع 1 = 4700 بيكو فاراد ± 10%))؛ مكثف بسعة غير معروفة ج سوالتي تم تعريفها في هذا العمل؛ مصدر العاصمةمع القوة الدافعة الكهربية ه ; يُحوّل؛ متكامل. الفولتميتر الرقمي. يتم تركيب جميع عناصر الدائرة، باستثناء الفولتميتر، داخل طاولة المختبر.

يظهر الرسم التخطيطي للإعداد التجريبي لتحديد سعة المكثف في الشكل. 6 وعلى لوحة مقعد المختبر.

أمر العمل

الجدول 3.1

نتائج القياس

رقم الخبرة	مجهول سعة ج س		القدرة المعروفة ج 1		اتصال متوازي		اتصال تسلسلي
رقم الخبرة	ش س ,	ش س ,	ش 1 ,	ش 1 ,	ش بخار ,	ش بخار، في	ش قرية ,	ش قرية ,





قيم	=	=	=	=	=	=	=	=

يتم تحديد متوسط قيم قراءات الفولتميتر ش س , ش 1 , ش بخار , ش قرية. ومن هذه القيم المتوسطة يتم حساب القيم التجريبية لقيم السعة.

; (2.03.8)

; (2.03.9)

. (2.03.10)

يتم حساب القيمة النظرية لسعة التوصيل المتوازي للمكثفات على النحو التالي:

. (2.03.11)

يتم حساب سعة توصيل المكثفات على التوالي باستخدام الصيغة التالية:

, (2.03.12)

والتي تتبع منها صيغة الحساب لحساب سعة سلسلة توصيل المكثفات:

. (2.03.13)

باستخدام القيمة

، محسوبة باستخدام الصيغة (2.03.8) ، تحسب باستخدام الصيغتين (2.03.12) و (2.03.13) قيم سعات التوصيلات المتوازية والمتسلسلة للمكثفات. قارن نتائج الحساب مع القيم التجريبية المحددة باستخدام الصيغ (2.03.9) و (2.03.10).

حساب الأخطاء

يتم حساب متوسط الأخطاء النسبية للحاويات باستخدام الصيغ:

; (2.03.14)

; (2.03.15)

. (2.03.16)

متوسط الأخطاء المطلقة للحاويات:

; (2.03.17)

; (2.03.18)

النتائج النهائية لقياس سعات المكثفات مكتوبة بالصيغة التالية:

; (2.03.20)

; (2.03.21)

. (2.03.22)

قارن قيم السعة بالتوازي و اتصالات تسلسليةالمكثفات التي تم الحصول عليها تجريبيا ومحسوبة باستخدام الصيغ النظرية (2.03.11) و (2.03.13). إذا كان الفرق بين القيم النظرية والتجريبية لسعات التوصيل المتوازي والمتسلسل للمكثفات لا يتجاوز الخطأ المطلق المقابل، فيمكننا أن نفترض أن هذه الطريقة توفر قياسات السعة بشكل مرض.

أسئلة الاختبار

تحديد سعة المكثف.

باستخدام مخطط الدائرة، اشرح الغرض من الأجهزة المستخدمة.

اشرح بالتفصيل مبدأ تحديد السعة في هذا العمل.

اشتقاق صيغ حسابية لتحديد القدرات ج س , ج بخار , ج قرية .

ما هي وحدات القدرة؟

ارسم مخططات التوصيلات المتوازية والمتسلسلة للمكثفات. اكتب الصيغ للقدرات الناتجة.

اشتقاق الصيغ لحساب الأخطاء  ج س ,  ج بخار ,  ج قرية .

إيرودوف آي.القوانين الأساسية للكهرومغناطيسية. م: الثانوية العامة، 1983. 51 – 54 ص.

كلاشينكوف س.ج.كهرباء. م: ناوكا، 1970. ص 77 – 91 ص.

سافيليف آي.في. دورة الفيزياء العامة. ت 2. م: ناوكا، 1982. 87 – 89 ص.

ورشة الفيزياء. الكهرباء والبصريات / إد. V. I. ايفيرونوفا. م: ناوكا، 1968. 815 ص.

منشورات مبنية على مواد كتبها د. جيانكولي. "الفيزياء في مجلدين" 1984 المجلد 2.

هذا جهاز لتخزين الشحنات الكهربائية. يتكون من موصلين (لوحتين) يقعان بالقرب من بعضهما البعض ولكن لا يتلامسان. يتكون مكثف اللوحة المتوازية النموذجي من زوج من اللوحات المتوازية بمساحة أ، مفصولة بفجوة صغيرة د(الشكل 25.1، أ). غالبًا ما يتم فصل الألواح بفاصل مصنوع من الورق أو أي عازل آخر (عازل) ويتم لفه في لف (الشكل 25.1،6).

لنفترض أن المكثف متصل بمصدر جهد، مثل البطارية. (البطارية عبارة عن جهاز تحافظ أطرافه على فرق جهد ثابت نسبيًا.) يتم شحن المكثف المتصل بالبطارية بسرعة: تكتسب إحدى لوحاته شحنة موجبة والأخرى شحنة سالبة متساوية (الشكل 25.2).

تتناسب الشحنة التي تكتسبها كل لوحة من ألواح المكثف مع فرق الجهد الخامس با:

س = السيرة الذاتية با (25.1)

عامل التناسب معتسمى سعة المكثف . وحدة السعة، قلادة لكل فولت، تسمى فاراد (F). من الناحية العملية، يتم استخدام المكثفات بسعة 1 pF (بيكوفاراد، 10 -12 فهرنهايت) إلى 1 ميكروفاراد (ميكروفاراد، 10 -6 فهرنهايت) في أغلب الأحيان. تم اشتقاق الصيغة (25.1) لأول مرة بواسطة فولت في نهاية القرن الثامن عشر.

تحديد السعة

سعة معبمثابة سمة من سمات هذا المكثف. حجم السعة معيعتمد ذلك على حجم الصفائح وشكلها وموضعها النسبي، وكذلك على المادة التي تملأ الفجوة بين الصفائح. سنفترض في هذا القسم وجود فراغ أو هواء بين الألواح.

يمكن تحديد سعة المكثف حسب (25.1) تجريبيا عن طريق قياس الشحنة مباشرة سلوحات في فرق محتمل معروف الخامس با.

إذا كان التكوين الهندسي للمكثفات بسيطا بما فيه الكفاية، فيمكن تحديد السعة معتحليليا. للتوضيح، دعونا نحسب السعة معمكثف ذو لوحة متوازية مع المساحة أ، يقع على مسافة دمن بعضها البعض (مكثف مسطح) (الشكل 25.3). سوف نفترض أن القيمة دصغيرة مقارنة بأبعاد اللوحات، لذلك المجال الكهربائي هبين الصفائح تكون موحدة ويمكن إهمال انحناء خطوط القوة عند حواف الصفائح. لقد أظهرنا في وقت سابق هذا التوتر المجال الكهربائيبين لوحين متوازيين متقاربين يساوي ه = σ/ε 0، وخطوط القوة متعامدة مع اللوحين.
وبما أن كثافة الشحنة σ = سؤال/أ، الذي - التي

ترتبط شدة المجال الكهربائي بالفرق المحتمل بالعلاقة

يمكننا أن نأخذ التكامل من لوحة إلى أخرى على طول مسار موجه نحو خطوط القوة:

بعد أن أنشأت اتصالا بين سو الخامس با، دعونا الآن نعبر عن القدرة معمن خلال المعلمات الهندسية:

صحة الاستنتاج الذي تم الحصول عليه واضحة: كلما كانت المساحة أكبر أ، كلما تم وضع الشحنات عليها "بحرية أكبر"، سيكون التنافر بينها أقل وستكون كل لوحة قادرة على حمل شحنة أكبر. كلما زادت المسافة دبين اللوحات، كلما كانت الشحنات الأضعف على إحدى اللوحتين ستجذب الشحنات على اللوحة الأخرى: يتم توفير شحنة أقل للألواح من البطارية وتكون السعة أصغر.

دعونا نلاحظ أيضًا أن الصيغة صالحة عند استخدام الفراغ كعازل كهربائي. بالنسبة للعوازل الأخرى، يتم استخدام ثابت العزل الكهربائي ل.
بعد ذلك، مع الأخذ في الاعتبار المعامل، فإن سعة المكثف ستكون مساوية:

С = Кε 0 أ/د، أو С = ε أ/د

على سبيل المثال، بالنسبة لبعض العوازل الكهربائية المعامل لسيكون مساوياً لـ:

مكنسة: ل = 1.0000
الهواء (1 ATM): ل = 1.0006
البارافين: ل = 2.2
ابونيت: ل = 2.8
البلاستيك (البولي فينيل): ل = 2.8-4.5
ورق: ل = 3-7
كوارتز: ل = 4.3
زجاج: ل = 4-7
الخزف: ل = 6-8
ميكا: ل = 7
سيتم مناقشة هذا بمزيد من التفصيل لاحقًا في المنشور - "العوازل".

يتبع. نبذة مختصرة عن المنشور التالي:

يتم قبول التعليقات والاقتراحات في [البريد الإلكتروني محمي]

الغرض من العمل

الغرض من هذا العمل هو دراسة قوانين الكهرباء الساكنة وإحدى طرق قياس سعة المكثف.

نظرية مختصرة

د

تحديد سعة مكثف مجهول ج ستجميع السلسلة وفقا للشكل. 5.

.(2.03.2)

عندما يتم تفريغ مكثف، يتدفق تيار كهربائي في الدائرة، ويتناقص مع مرور الوقت. بحكم التعريف، القوة الحالية

. (2.03.3)

نحن مهتمون بالتهمة س أي لا بد من الحساب

.

ويستخدم جهاز إلكتروني يسمى التكامل لهذا الغرض.

أين ب - ثابت التكامل (غير معروف).

الجهد االكهربى ش سيتم قياسها باستخدام الفولتميتر الرقمي. بمقارنة الصيغتين (2.03.2) و (2.03.4) نحصل على:

. (2.03.5)

. (2.03.6)

بقسمة المتساويتين (2.03.5) و (2.03.6) على بعضهما البعض، نحصل على

, (2.03.7)

إنجاز المهمة

الأجهزة اللازمة: مكثف ذو سعة معروفة ( مع 1 = 4700 بيكو فاراد ± 10%))؛ مكثف بسعة غير معروفة ج سوالتي تم تعريفها في هذا العمل؛ مصدر تيار مستمر مع emf ه ; يُحوّل؛ متكامل. الفولتميتر الرقمي. يتم تركيب جميع عناصر الدائرة، باستثناء الفولتميتر، داخل طاولة المختبر.

يظهر الرسم التخطيطي للإعداد التجريبي لتحديد سعة المكثف في الشكل. 6 وعلى لوحة مقعد المختبر.

أمر العمل

الجدول 3.1

نتائج القياس

رقم الخبرة	مجهول سعة ج س		القدرة المعروفة ج 1		اتصال متوازي		اتصال تسلسلي
رقم الخبرة	ش س ,	ش س ,	ش 1 ,	ش 1 ,	ش بخار ,	ش بخار، في	ش قرية ,	ش قرية ,





قيم	=	=	=	=	=	=	=	=

; (2.03.8)

; (2.03.9)

. (2.03.10)

يتم حساب القيمة النظرية لسعة التوصيل المتوازي للمكثفات على النحو التالي:

. (2.03.11)

يتم حساب سعة توصيل المكثفات على التوالي باستخدام الصيغة التالية:

, (2.03.12)

والتي تتبع منها صيغة الحساب لحساب سعة سلسلة توصيل المكثفات:

. (2.03.13)

حساب الأخطاء

يتم حساب متوسط الأخطاء النسبية للحاويات باستخدام الصيغ:

; (2.03.14)

; (2.03.15)

. (2.03.16)

متوسط الأخطاء المطلقة للحاويات:

; (2.03.17)

; (2.03.18)

النتائج النهائية لقياس سعات المكثفات مكتوبة بالصيغة التالية:

; (2.03.20)

; (2.03.21)

. (2.03.22)

قارن قيم السعة للتوصيلات المتوازية والمتسلسلة للمكثفات التي تم الحصول عليها تجريبياً ومحسوبة باستخدام الصيغ النظرية (2.03.11) و (2.03.13). إذا كان الفرق بين القيم النظرية والتجريبية لسعات التوصيل المتوازي والمتسلسل للمكثفات لا يتجاوز الخطأ المطلق المقابل، فيمكننا أن نفترض أن هذه الطريقة توفر قياسات السعة بشكل مرض.

أسئلة الاختبار

تحديد سعة المكثف.

باستخدام مخطط الدائرة، اشرح الغرض من الأجهزة المستخدمة.

اشرح بالتفصيل مبدأ تحديد السعة في هذا العمل.

اشتقاق صيغ حسابية لتحديد القدرات ج س , ج بخار , ج قرية .

ما هي وحدات القدرة؟

ارسم مخططات التوصيلات المتوازية والمتسلسلة للمكثفات. اكتب الصيغ للقدرات الناتجة.

اشتقاق الصيغ لحساب الأخطاء  ج س ,  ج بخار ,  ج قرية .

إيرودوف آي.القوانين الأساسية للكهرومغناطيسية. م: الثانوية العامة، 1983. 51 – 54 ص.

كلاشينكوف س.ج.كهرباء. م: ناوكا، 1970. ص 77 – 91 ص.

سافيليف آي.في. دورة الفيزياء العامة. ت 2. م: ناوكا، 1982. 87 – 89 ص.

ورشة الفيزياء. الكهرباء والبصريات / إد. V. I. ايفيرونوفا. م: ناوكا، 1968. 815 ص.

يمكن تحديد الجهد الموجود على المكثف بسهولة من خلال جهد المصدر الحالي الذي يشحن المكثف.

لتلقي القدرة المطلوبةفي الممارسة العملية (في الهندسة الكهربائية)، يتم توصيل المكثفات بالبطاريات، وربطها بالتوازي والتسلسل. في اتصال متوازيالقدرة الإجمالية:

هناك عدة طرق لقياس السعة: طريقة الفولتميتر الكهروستاتيكي، طريقة الجسر تكييفطريقة الجلفانومتر الباليستي. تهمة مكثف لتحديد معوفقًا لـ (1) يمكن قياسه باستخدام جلفانومتر يعمل في الوضع الباليستي، كما يمكن قياس الجهد عند مصدر التيار قبل التفريغ.

الجلفانومتر هي أجهزة لقياس التيارات الصغيرة (أو الفولتية) في حدود 10 -6 ¸ 10 -12 أمبير (10 -6 ¸ 10 -10 فولت). الجزء الرئيسي من الجلفانومتر للنظام الكهرومغناطيسي هو إطار معلق على خيط عمودي وموضع في الحقل المغناطيس الدائممع قطع القطب الخاصة. عندما يتدفق التيار عبر الإطار، يؤدي تفاعل المجالات المغناطيسية للتيار والمغناطيس الدائم إلى تحريك الإطار. يسمح لك السهم المتصل بالإطار (مرآة تعكس الشعاع) بقياس زاوية دوران الإطار. في الجلفانومتر الباليستي، يتم تعليق أسطوانة مجوفة من الحديد الناعم من الإطار، مما يزيد من عزم القصور الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، يصبح الحقل بالقرب من المنعطفات متماثلًا شعاعيًا.

عندما يتدفق التيار عبر الإطار، سوف يعمل ما يلي:

أ) عزم الدوران M 1 الناتج عن الحركة المجال المغنطيسيمغناطيس للتيار

ب) العزم M 2 الناتج عن التواء خيط التعليق؛

ج) عزم الكبح M 3 الذي يحدد تأثير المغناطيس على التيار المستحث في الملف أثناء دورانه.

عزم الاحتكاك لصغره (M tr<< М 1 ; М 2 ; М 3), пренебрегают.

لو في- تحريض المجال المغناطيسي في الفجوة، ن- عدد اللفات في الملف، س- منطقة الملف، د- لحظة قوى التواء التعليق عند تدوير الإطار لكل زاوية وحدة، ر- المقاومة في دائرة الجلفانومتر، أنا- التيار المتدفق عبر الملف، أنا أنا- التيار التعريفي؛ ، - زاوية الدوران والسرعة الزاوية، فإن اللحظات المذكورة أعلاه ستكون متساوية:

إذا كان الوقت الذي يستغرقه تيار تفريغ المكثف للمرور عبر الإطار أقل بكثير من فترة تذبذباته (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:

أنا = BSNit = BSNq (5)

أين س- الشحنة التي تمر عبر الإطار، - السرعة الزاوية للإطار،

- معامل ثابت يحدده تصميم الجهاز.

يتم تحويل الطاقة الحركية التي يكتسبها الإطار بسبب مرور التيار (دون مراعاة الخسائر) عند أقصى انحراف له إلى طاقة محتملة للتعليق الملتوي:

حيث m هي الزاوية القصوى للانحراف الأول.

من المعادلتين (6) و (7) نجد:

ويترتب على العلاقة (8) أن الشحنة المارة عبر الإطار تتناسب طرديا مع انحرافها الأول.

يتناسب انحراف الإطار في الجلفانومتر الباليستي مع انحراف إبرة الجلفانومتر، لذا يمكننا كتابة العلاقة:

س= أ × ن، (9)

حيث n هو عدد أقسام المقياس التي تنحرف بها إبرة الجلفانومتر،

A هو الثابت الباليستي للجلفانومتر (تقسيم كولوم/مقياس).

قيمة ثابتةأ يتم تحديدها تجريبيا. مكثف معروف السعة معهذا واحد، مشحونة بفارق محتمل ش، يتم تفريغها من خلال الجلفانومتر الباليستي. حسب القيمة نووفقاً للرقم (9) و(1) يتم حساب الثابت الباليستي:

تجريبي: يتم تجميع الإعداد التجريبي وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. يشير الخط المنقط إلى لوحة التثبيت. يتم توصيل مفاتيح الضغط على الزر P و K والمحطات الطرفية لتوصيل الأجهزة بها. يتم شحن المكثف C قيد الدراسة بواسطة مصدر جهد متحكم فيه (VRS). يتم قياس الجهد على المكثف بواسطة الفولتميتر V. عند الضغط على الزر P، يتم تفريغ المكثف من خلال الجلفانومتر G. ويتم تسجيل عدد الأقسام عند أول انحراف للإبرة. بعد ذلك، يتأرجح المؤشر. للتوقف، من الضروري إغلاق دائرة الجلفانومتر عندما يمر المؤشر عبر الموضع صفر للمقياس باستخدام الزر K. يتم حساب سعة المكثف من القيم المقاسة:

ج = (11)

يمارس.

1. تعرف على مخطط توصيل الأزرار والمحطات الطرفية الموجودة على لوحة التثبيت، وعناصر التحكم بمصدر الجهد.

2. حدد الثابت الباليستي للجلفانومتر أ. للقيام بذلك، قم بإجراء قياسات باستخدام مكثف قياسي ذو سعة معروفة C e. قم بقياس انحرافات إبرة الجلفانومتر n 10 مرات على الأقل عند الفولتية المختلفة U. أدخل نتائج القياس في الجدول 1. احسب قيم الثابت الباليستي باستخدام الصيغة الخاصة بكل قياس وابحث عن القيمة المتوسطة A avg. احسب الخطأ في قياس الثابت الباليستي A.

3. حدد سعات مكثفين مختلفين، وقم بإدخالهما في الدائرة بالتناوب. للقيام بذلك، قياس الانحرافات نعند قيم مختلفة لـ U (خمسة أرقام على الأقل). أدخل نتائج القياس في الجدولين 2 و3.

4. قم بقياس سعة بطارية هذين المكثفين عند توصيلهما على التوازي والتسلسل. سجل نتائج القياس في الجدولين 4 و5.

6. تقييم أخطاء الجهاز في قياس السعات C 1، C 2، C الأخير. وأزواج C، ومقارنتها بالأخطاء العشوائية وتسجيل نتائج القياس النهائية.

8. أدخل القيم المحسوبة والتجريبية للسعات للمقارنة في الجدول 6.

9. استخلاص النتائج.

ملحوظة:من أجل تقليل خطأ التحديد معيتم تحديد الجهد بحيث يكون الانحراف الأول لإبرة الجلفانومتر 7-10 أقسام على الأقل.

قيم الثابت الباليستي للجلفانومتر أ. الجدول 1

سعة المكثف الأول. الجدول 2

قدرة المكثف الثاني. الجدول 3

التوصيل المتوازي للمكثفات. الجدول 4

اتصال سلسلة من المكثفات. الجدول 5

الجدول 6

أسئلة الاختبار:

1. ما المقصود بالسعة الكهربائية؟ ما هو مكثف؟

2. ما هو مبدأ قياس الحاويات بالطريقة الباليستية.

3. وضح من أي المعادلات يتم اشتقاق تعبير الثابت الباليستي للجلفانومتر.

4. صف كيف يتم تحديد الثابت الباليستي للجلفانومتر في العمل المخبري الذي تقوم به.

5. إثبات صيغة حساب سعة المكثفات المتصلة على التوالي.

6. إثبات صيغة حساب سعة المكثفات الموصولة على التوازي.

الأدب.

1. تروفيموفا تي. دورة الفيزياء. م: المدرسة العليا، 1985. الفصل 11، §§ 91-93.

2. سافيليف آي.في. دورة الفيزياء العامة. كتاب 2. الكهرباء والمغناطيسية. موجات. البصريات، م: “العلم”، 1998، الفصل 3، §§ 26، 27.

3. ورشة عمل في الفيزياء العامة. إد. البروفيسور في. نوزدريفا. م.، “التنوير”، 1971، الفصل الثالث، ص180.

العمل المختبري رقم 6

الهدف: التعرف على طرق قياس السعة الكهربائية للمكثف مع.

المعدات: مولد الجهد، أجهزة القياس المتعددة، الكتل الصغيرة "متكامل التيار"، "المفتاح"، "مكثف" ذو سعة مرجعية، "مكثف" ذو سعة غير معروفة.

مقدمة

يمكن قياس سعة المكثف باستخدام طرق مختلفة. في هذا العمل، أساس قياس السعة هو العلاقة بين شحنة المكثف س، قدرتها جوالفرق المحتمل شعلى لوحات المكثفات:

س = C.U.(1)

طرق القياس

تتضمن طريقة قياس سعة المكثف معايرة التكامل الحالي، وتحديد السعة المجهولة بطريقتين، ومراقبة صحة نتيجة المعايرة عن طريق قياس السعة جبطاريات من مكثفين معروفين السعة.

في هذا العمل، يتم استخدام التكامل الحالي لقياس الشحنة. وفي هذه الحالة، تتناسب كمية الشحنة المارة عبره مع قراءة الفولتميتر يو كثافة العمليات :

س = ز يو كثافة العمليات, (2)

أين ز- ثابت معايرة التكامل.

نجد صيغة حساب السعة المقاسة باستخدام المعادلتين (1) و (2):

ج = ز يو كثافة العمليات/ ش(3)

يتم أيضًا تحديد ثابت المعايرة (معايرة الجهاز) باستخدام الصيغة (3)، مع أخذ قياسات لمكثف مرجعي ذو سعة معروفة ج ه. في هذه الحالة التعبير

ز = ج ه ش ه/ (4)

للتحقق من المعايرة الصحيحة للجهاز، من الضروري استخدامه لقياس بعض السعة المعروفة. للقيام بذلك، يمكنك استخدام الحاوية التي تم الحصول عليها عن طريق الجمع بين اثنين من المكثفات ج هو ج س، بعد أن قمت بقياس السعة غير المعروفة سابقًا ج س. مقارنة قيمة السعة المقاسة للمكثفات المتصلة ج إكسبمع حسابها وفقا للصيغ المعروفة للتوازي

والاتصالات التسلسلية، والتحقق من الموثوقية

التخرج.

وصف التثبيت

تظهر دائرة السيريوم الكهربائية في الشكل. 1.

1-مصدر ثابت قابل للتعديل

الجهد العالي “0…+15 فولت”؛ 2 - ني-

يُحوّل؛ 3 - ميني بلوك "مفتاح" ؛

4- مكثف قيد الدراسة ج; 5 -

مفتاح التخميد 6 - متكامل

حاضِر؛ 7 - miniblock "المتكامل الحالي"

8، 9 - متعدد ( وضع V-20V،

المدخلات كوم، فولكس فاجن)

لشحن المكثف، يتم ضبط المفتاح 2 على الوضع "A"، ويتم إغلاق مفتاح التخميد 5 (الوضع "Reset"). يتم شحن المكثف بالجهد ش(لا يزيد عن 2 فولت)، يتم التحكم فيه بواسطة الفولتميتر 9. قبل القياس، يتم فتح مفتاح التخميد 5، ويتم تحويل المفتاح 2 إلى الوضع "B". في هذه الحالة، فإن الشحنة الموجودة على لوحات المكثف سوف تمر عبر التكامل الحالي وسيتم تسجيلها بواسطة الفولتميتر 8 (قراءة الفولتميتر يو كثافة العمليات). في المستقبل، بسبب التسريبات، قد يتغير الجهد المسجل بواسطة الفولتميتر 8.

إجراءات إكمال الوظيفة

أخذ القياسات

1. قم بتجميع الدائرة الكهربائية حسب المخطط الموضح في الشكل. 2، توصيل المكثفات ج هو ج س موازي. قيمة السعة المرجعية ج هسجل في الجدول 1

2. استخدم أزرار "الشبكة" لتشغيل مصدر الطاقة لوحدة مولد الجهد ووحدة المتر المتعدد. انقر فوق زر التثبيت الأولي.

3. قم بشحن المكثفات للقيام بذلك:

أ) اضبط مفتاح التخميد 5 على وضع "إعادة الضبط"؛

ب) اضبط المفتاح 2 (مفتاح التبديل) على الوضع "A"؛

ج) تغيير جهد شحن المكثف باستخدام أزرار ضبط الجهد "0...+15 فولت"، اضبطه على ما لا يزيد عن 2 فولت (القراءة على المقياس المتعدد 9).

4. قم بتفريغ المكثفات المشحونة من خلال جهاز التكامل للقيام بذلك:

أ) فتح مفتاح التخميد 5؛

ب) حرك المفتاح 2 إلى الوضع "B". إذا أضاء مؤشر التحميل الزائد على جهاز التكامل الحالي، فقم بتقليل جهد شحن المكثفات. تذكر قراءات المتر المتعدد 8 مباشرة بعد تفريغ المكثف.

5. كرر الخطوتين 3 و4 عدة مرات، مع تحديد جهد الشحن (قراءة المقياس المتعدد 9) يو قدم المساواة، حيث يكون جهد التفريغ (قراءة المقياس المتعدد 8)

بلغت 8-10 فولت (قيمة تتناسب مع شحنة المكثف). سجل هذا الجهد في الجدول. 1 ومزيد من العمل في المختبر لا تغيره .

الجدول 1

№	مكثف مرجعي ج ه= 0.1 ميكروفاراد	تعريف القدرة
مكثف غير معروف	توصيل المكثفات
موازي	تسلسلي
	ش ه= 1.02 فولت	ش س= 1.02 فولت	يو قدم المساواة= 1.02 فولت	ش أخيرًا= 1.02 فولت
	، في	، في	، في	، في
	0,86	3,96		0,9
	0,88	3,94	4,86	0,83
	0,89	3,99	4,9	0,75
	0,9		4,83	0,78
	0,76	3,97	4,87	0,8
متوسط	0,86	3,97	4,89	0,81

6. دون تغيير جهد الشحن يو قدم المساواةخذ 5 قياسات وسجل القيم في الجدول. 1.

7. الاتصال ج هو ج س بالتتابع . الجهد االكهربى ش أخيرًا ترك على قدم المساواة يو قدم المساواة.خذ 5 قياسات وسجل النتائج في الجدول. 1.

8. قم بإجراء قياسات منفصلة للمكثف المرجعي ج هوقيم مكثف غير معروف السعة. قم بتجميع دائرة كهربائية حسب المخطط الموضح في الشكل. ب2 ينقل إلى منصب “أي صفة معروفة”. ج س. كميات ش هو ش س تبقى متساوية يو قدم المساواةو ش أخيرًا. يتم تسجيل نتائج القياس في الجدول. 1.

9. للتحقق من صحة المعايرة، استخدم مقياس متعدد لقياس السعة غير المعروفة للمكثف، واكتب النتيجة في الجدول. 2، دقة القياس المتعدد د مع = 5 %.

10. استخدم أزرار "الشبكة" لإيقاف تشغيل مصدر الطاقة لوحدة مولد الجهد ووحدة المتر المتعدد.

معالجة نتائج القياس

1. استخدام البيانات من الجدول. 1، حساب ثابت المعايرة ز(الصيغة 4)

ز = ج ه ش ه/

ز=0.1*1.02/0.86=0.12 ميكروفاراد

2. باستخدام الصيغة (3)، احسب سعة المكثف المجهول

ج = ز يو كثافة العمليات/ ش= ميكروفاراد

وسعات المكثفات المتصلة على التوالي

ج = ز يو كثافة العمليات/ ش= ميكروفاراد

سجل نتائج الحساب في الجدول. 2.

الجدول 2

قدرة غير معروفة ج س، ميكروف	سعة الاتصال ج،μF
موازي	تسلسلي
إكسب.	قياس	إكسب.	محسوب	إكسب.	محسوب
0,47	0,45	0,58	0,57	0,09	0,08
د مع = %.	= %	= %