Главная | Обратная связь

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

МЕТОДОМ ЗАРЯДКИ

 

Цель работы: ознакомиться с измерением электроемкости кон­денсаторов методом зарядки; проверить выполне­ние законов параллельного и последовательного соединений конденсаторов.

 

Теория метода

Использованный в работе способ определения электроемкости основан на том, что при зарядке конденсатора напряжение между его обкладками U(t) достигает своего макси­мального значения, равного напряжению источника U₀, не мгновенно, а возрастая по экспоненциальному закону (рис. 1).

Время полной зарядки конденсатора зависит от его емкости. Если время зарядки выбрать таким образом, чтобы оно не превышало вре­мени 80 - 90 % от зарядки наименьшей из измеряемых емкостей, то при этом напряжения между обкладками (U₁ и U₂, рис. 1) од­нозначно связаны с емкостью конденсаторов.

Следовательно, зарегистрировав значение U(t*) и установив ана­литическую связь параметров U(t*) и C, можно определить неиз­вестную электроемкость C.

Для вывода расчетной формулы используем схему, пред­ставленную на рис. 2. Конденсатор C заряжается от источника постоянного напряжения U₀. Ток, текущий через сопротивление R в любой момент времени t, по закону Ома будет равен:

, (1)

где U(t) - напряжение между обкладками конденсатора, величина которого прямо пропорциональна накопленному им за время t за­ряду q(t) и . Продифференцируем это выражение по времени: . Так как , определим ток, текущий через конденсатор в момент времени t:

. (2)

Сила тока I(t) пропорциональна не напряжению (как в случае за­кона Ома для сопротивления), а скорости изменения напряжения на конденсаторе.

Из выражений (1) и (2) (величина I(t) в обоих уравнениях одинакова), следует:

, или .

Решение этого дифференциального уравнения:

.

Постоянную A определим из начальных условий: при t = 0 напряжение U(t) = 0, тогда A = -U₀. Таким образом, напряжение на конденсаторе увеличивается по закону (см. рис.1):

. (3)

Из уравнения (3): , или

. (4)

Прологарифмировав выражение (4), получим:

,

откуда выразим измеряемую ёмкость:

.

Окончательно для фиксированного момента времени , получим:

, (5)

здесь k = t*/R, а величины U₀, R и t* являются постоянными ус­тановки. Значение U₀ указано на лицевой панели прибора.

Из рабочей формулы (5) следует, что постоянную k можно определить, измерив напряжение U(t*) конденсатора известной емкости C₀.