Описание экспериментальной установки

В качестве емкости C в работе используются две группы из четырех конденсаторов неизвестной емкости и и два эталонных конденсатора и с известными емко­стями.

Каждый конденсатор из обеих групп может подключаться к измерительной схеме как раздельно, так и соединенный с другим конденсатором параллельным или последовательным образом.

В исходном состоянии ключ K₁ (рис. 3) разомкнут, а K₂ -замкнут, следовательно, конденсатор C разряжен и выполняется условие: при t = 0 напряжение на конденсаторе U(t) = 0.

При нажатии кнопки ЗАРЯД происходит переключение ключей K₁ и K₂ (K₁- размыкается, K₂ - замыкается). Специальное устройство - таймер задает определенное время t*, в течение ко­торого конденсатор C заряжается от источника постоянного на­пряжения U₀. Достигнутое за время t* напряжение на конденса­торе U(t*) запоминается блоком памяти и регистрируется стре­лочным вольтметром V. По истечении времени t* происходит ав­томатическое переключение ключей (K₁ и K₂) и конденсатор раз­ряжается до нулевого напряжения, подготавливая схему к сле­дующему измерению. При следующем нажатии на кнопку ЗА­РЯД процесс измерения повторяется.

Проведение измерений и обработка результатов

1. Ознакомившись с принципом работы, с разрешения препода­вателя включают установку в сеть.

2. Определить коэффициент k. Для этого поставить переключа­тели в положения C_x0 и C_y0, при этом переключатель вида соеди­нений конденсаторов должен находиться в среднем положении. Нажать кнопку ЗАРЯД и записать показания U(t*) стрелочного вольтметра. Подставляя U(t*) и значение C_x0 (указано на панели прибора) в формулу (5), вычислить k₁.

3. Повторить определение коэффициента с другим эталонным конденсатором. Для этого ставят переключатели в положения C_y0 и C_y. Нажать кнопку ЗАРЯД, записать новое значение и рассчитать коэффициент k₂.

4. Сравнивают k₁ и k₂. При расхождении этих значений более чем на 5 % измерения и расчеты по п. 2 и п. 3 повторить, так как они были сделаны неточно.

5. Определить величину неизвестных емкостей в группах и (номер конденсаторов в каждой из групп C_xi и C_yi указывает преподаватель). Для определения емкости кон­денсаторов группы переключатель группы ста­вят в положение " C_x", при этом переключатель конденсаторов группы должен находиться в соответствии с номером, указанным преподавателем. Нажать на кнопку ЗАРЯД и измерив величину U(t*) и по формуле (5), используя полученное ранее зна­чение k, вычислить величину неизвестной емкости C_xi.

6. Для определения емкости конденсаторов группы пе­реключатель группы ставят в положение " C_y", а пере­ключатель группы - в соответствии с номером, указан­ным преподавателем. Вычисляют величину неизвестной емкости C_yi проводя измерения и расчеты как и при определении величи­ны C_xi.

7. Для определения емкости тех же двух конденсаторов при их последовательном (C_пс) и параллельном (C_пр) соединении пере­ключатели групп конденсаторов и ставят в по­ложения, соответствующие номерам взятых конденсаторов, C_xi и C_yi, переключатель вида соединений конденсаторов ставят в одно из верхних положений. Нажимают на кнопку ЗАРЯД. Измерения и расчеты проводят так же, как и при определении величин C_xi и C_yi.

8. Проверяют выполнение законов параллельного и последова­тельного соединения емкостей, используя измеренные величины , , и .

9. Используя рассчитанные значения C_xi и C_yi и формулу (3), построить графики зависимости напряжения на конденсаторах C_xi и C_yi, от времени, используя значение R = 20 кОм.