Цель работы

1. Изучить устройство конденсатора.

2. Изучить принцип имерения процесса разряда конденсатора.

3. Построить график зависимости напряжения разряда от времени.

4. Определить энергию разряда и коэффициент полезного действия.

5. Расчитать удельную объемную энергию бумажного и электролитического конденсаторов.

Схема лабораторной установки

Лабораторная установка для исследования характеристик емкостного аккумулятора электрической энергии представлена на рис. 3.

Рис. 3. Модель емкостного аккумулятора

Модель емкостного аккумулятора электрической энергии выполнена с использованием электролитического конденсатора типа КЭ – 50, емкостью 50 мкФ и рабочим напряжением 200 В. Нагрузкой екостного аккумулятора является переменное сопротивление 1 МОм, а источником энергии – гальваническая батарея напряжением 4,3 В и емкостью 0,2 А.ч.

Контроль за динамикой процесса осуществляется на осциллографе С1 – 48 с входным сопротивлением 10 МОм.

Описание работы

Заряд конденсатора происходит через внутреннее сопротивление батареи (<3 Ом).

Время заряда составляет _з = R * C = 3 * 50*10^-6 секунд, т. е. практически мгновенно.

Накопленная энергия W_ак = 0.5 * С * U², Дж.

Разряд происходит через сопротивление 0,1 – 1,0 МОм, при этом ток и напряжение уменьшаются во времени и время разряда составляет _р  R * C = 100*10³ * 50*10^-6 = 5 секунд. Экспоненциальное изменение напряжения отслеживается на экране осциллографа и переносится на прозрачную пленку с сеткой, соответствующей сетке экрана осциллографа. По полученому графику изменения напряжения от времени определяется функция зависимости напряжения от времени

U = a*e^-bt (1)

Значения коэффициентов можно определить на ЭВМ, используя специальные программы.

Ток, согласно закону Ома, равен:

I = U/R,

а мощность равна P = U * I или P = U²/R.

В связи с тем, что напряжение разряда изменяется со временем, то количество отданной энергии при разряде будет равно

, Дж; (2)

Коэфффициент полезного действия определяется как отношение энергий разряда и заряда.

Меры безопасности

Осциллограф питается напряжением 220 В!

Перед началом работы убедитесь в его надежном заземлении!

Включать осциллограф в присутствии руководителя лабораторной работы!

Организация проведения работы

Работа выполняется на двух рабочих местах:

• изучение конструкции и определение удельных характеристик конденсатора;

• исследование процессов зарядки и разрядки емкостного накопителя энергии.

На каждом месте работает группа из трех студентов.

После выполнения своей части работы группы меняются местами.

Порядок проведения работы

1. Изучение конструкции и определение удельных характеристик конденсатора

Разобрать бумажный конденсатор, изучить его устройство. Произвести

измерение габаритов бумажного и электролитического конденсаторов без учета токоподводов. Используя технические характеристики конденсаторов, написанные на их боковых стенках, и результаты обмеров рассчитать удельные объемные энергии конденсаторов.