Описание экспериментальной установки

Для определения емкости конденсаторов пользуются электрической схемой (рис. 1) - мостиком Сотти. Для пи­тания схемы используется переменный ток промышленной или более высокой частоты. Индикаторами равновесия моста являются специальные нуль - индикаторы переменного тока различных конструкций. Схема мостика Сотти подобна схеме мостика Уитстона.

К онденсатор емкостью С оказывает переменному току ём­костное сопротивление . В уравновешенном мосте ток через нуль- индикатор отсутствует, потому что потенциалы точек D и Е совпадают и по амплитуде и по фазе.

Последнее условие связано с тем, что синусоида тока в ветви ADB сдвинута по фазе на отно­сительно синусоиды тока в ветви АЕВ, т.е.

, .

В уравновешенном мостике, когда в любой момент вре­мени имеются равенства напряжений , . По закону Ома , следовательно:

, .

Откуда .

Учитывая, что , , , получаем расчетную формулу:

.

Следует обратить внимание, что перестановка С и С₀ местами в схеме приведет к изменению расчетной формулы.

Измерения будут более точными, если равновесие устанав­ливается, когда движок находится в средней части реохорда. Для этого эталонную емкость С₀ подбирают по величине близкой изме­ряемой, т.е. соблюдают оптимальные условия измерения. Обос­нование оптимальных условий измерений и вывод рабочей фор­мулы для расчетов погрешности подобны расчетам, проведенным в работе № 1.

Мостик имеет круговой реохорд со шкалой для отсчета l₁ и l₂. Питание осуществляется от сети через понижающий транс­форматор. В плечи моста подключают С₀ - подходящий эталонный и С - исследуемый конденсаторы.

В качестве нуль - индикатора используется прибор детек­торной системы, состоящий из выпрямителя и магнитоэлектриче­ского гальванометра.

В качестве объектов для определения электроемкости ис­пользуют конденсаторы групп – С_x и С_y по три конденсатора в каждой группе. Этим обеспечивается много вари­антность заданий. Выбранные измеряемые конденсаторы с помощью позиционных переключателей можно включать в цепь мостика Сотти по одному, а также соединять их между собой С_x и С_y параллельно или последо­вательно.

Проведение измерений и обработка результатов

1. Ознакомившись с установкой, включают ее в сеть. При этом загорается сигнальная лампочка. По согласованию с преподавателем выбирают по два конденсатора в каждой группе (номера конденсаторов в группах С_x и С_y задает преподаватель). Измеряют их емкости по отдельности, а затем при параллельном и по­следовательном соединениях этих конденсаторов.

2. Для определения емкости одного из конденсаторов группы С_x переключатель группы ставят в положение С_x а пере­ключатель группы - в соответствии с номером, указан­ным преподавателем. Переключатель вида соединения конденса­торов должен находиться в среднем положении.

3. Подбирают эталонный конденсатор С₀ такой емкости, чтобы мост сбалансировался, т.е. нуль-индикатор показы­вал отсутствие тока. Баланс моста должен производится при оптимальных условиях. В этом случае движок реохорда располагает­ся максимально близко к средней части реохорда. По шкале рео­хорда определяют длины плеч l₁ и l₂ и по формуле вычисляют С_x.

4. Аналогично проводят измерения емкости конденсатора из группы С_y. Переключатель группы в этом случае ста­вят в положение С_y, а переключатель в соответствии с заданным номером.

5. Для определения емкости этих конденсаторов при параллель­ном или последовательном их соединении переключатели групп ставят в положения, соответствующие заданным номерам кон­денсаторов С_x и С_y, а переключатель вида соединений ставят в одно из крайних положений. Измерения и вычисления проводят аналогично пункту 3.

6. Оценивают чувствительность мостика, т.е. опытным путем определяют, при каком смещении Δl₁ движка в предварительно уравновешенном мостике нуль-индикатор дает замечаемые от­клонения. Через величину Δl₁ оценивают погрешности измерения емкостей. Погрешность каждого из эталонных конденсаторов не превышает ± 10 %.

7. Результат каждого из измерений записывают в виде .

8. Показывают, что законы параллельного и последовательного соединения емкостей подтверждаются в этих опытах (в той мере, в какой позволяет точность эксперимента).