ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.3.

ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Фамилия И.О. _____________   Группа ______   Дата ______

 

Введение

Релаксационным генератором называется прибор, способный создавать пилообразные (релаксационные) колебания. Период релаксационных колебаний Т зависит от величины включенной в схему емкости С и сопротивления Rс. Измерив период и зная Rс, можно определить величину емкости С. Схема и установка релаксационного генератора приведена на рис. 1, где Н.Л. – неоновая лампочка; Rс – магазин сопротивления;          R0 – сопротивление Н.Л.


Рис. 1

Действие релаксационного генератора основано на способности инертного газа неона, при определенных условиях, пропускать электрический ток. При обычных условиях неоновая лампа обладает бесконечно большим сопротивлением. Но если к электродам лампы приложить напряжение, то происходит ионизация газа. Двигаясь между электродами, ионы газа замыкают цепь, и через лампу проходит ток. Прохождение тока через лампу сопровождается свечением газа. Ионизация газа в лампе происходит при строго определенном напряжении на электродах, которое называется напряжением зажигания. Погасание лампы происходит при напряжении U гашения меньше, чем U зажигания. Работает релаксационный генератор следующим образом: электрические заряды под действием высокого напряжения источника проходят по сопротивлению Rс и заряжают пластины конденсатора С. Напряжение между пластинами возрастает. Быстрота возрастания напряжения зависит от величины тока, пропускаемого сопротивлением Rс. Чем больше Rс, тем медленнее натекают заряды на пластины конденсатора. Значит, пластины конденсатора постепенно заряжаются, и напряжение на электродах лампы тоже постепенно нарастает, так как электроды неоновой лампы соединены с пластинами конденсатора. Когда напряжение на электродах неоновой лампы станет равным напряжению зажигания U = Uзаж, инертный газ быстро ионизируется и лампа начинает пропускать ток (происходит вспышка). Конденсатор С разряжается через лампу. При этом напряжение на пластинах и на электродах лампы постепенно уменьшается и, когда оно станет равным напряжению гашения U = Uгаш, ионизация прекращается, и лампа перестает пропускать ток (происходит гашение лампы). Но так как на конденсатор С через сопротивление продолжают поступать заряды, то он снова заряжается, напряжение на его пластинах и на электродах лампы нарастает. Описанный процесс будет периодически повторяться.

Период Т зависит от параметров элементов схемы.

                                                      (1)

N – здесь постоянная величина для данной схемы, зависящая от ЭДС источника и параметров ламы. Если RС измерить в Омах, а С в Фарадах, то период будет измеряться в секундах.

В данной работе необходимо определить емкость неизвестного конденсатора С, зная емкость эталонного конденсатора СО, а затем емкость батареи конденсаторов при параллельном и последовательно соединениях. Для определения емкости неизвестного конденсатора можно воспользоваться методом сравнения.

Если в цепь включить конденсатор СО, то период релаксационных колебаний ТО определяется равенством

                                                 (2)

Заменив этот конденсатор другим с неизвестной емкостью СХ, оставив при этом остальные элементы схемы прежними, получим иное значение для периода колебаний:

                                              (3)

Из соотношения (2) и (3) имеем

                                                        (4)

Пользуясь этой формулой, зная емкость С0, можно определить неизвестную емкость путем сравнения периода колебаний Т0 и ТХ.

 

Порядок выполнение работы

1.         В магазине емкостей включить емкость Со – 1 мкФ. В магазине сопротивлений Rс перемычку поставить в положение 0,6-0,8 МОм.

2.         Тумблер Ко перевести в положение «ВКЛ» (рис. 2). Ключ К1 перевести в положение 1. При этом неоновая лампочка начнет периодически вспыхивать. Частоту вспышек можно регулировать изменением сопротивления Rс.

3.         Зафиксировать одну из вспышек как нулевую и одновременно, включив секундомер, отсчитать n = 20 или 30 вспышек. По секундомеру определить время t, в течение которого произошли вспышки. Измерения проделать 3 раза. Найти tср и вычислить период релаксационных колебаний Т0 по формуле

4.       Тумблер К1 перевести в положение 1, тумблер К0 выключить и включить тумблер К2, этим мы включим неизвестную емкость Сх. Определим Тх согласно пункту 3, а затем Сх по формуле

5.       Определить емкость при параллельном включении конденсаторов с известной и неизвестной емкостью, для чего включить К0 и К2, тумблер К1 в положение 1. Определить Тпар соответственно пункту 3, вычислить Спар

6.       Для определения емкости при последовательном соединении С0 и Сх необходимо тумблер К2 выключить, тумблер К1 перевести в положение 2, тумблер К0 оставить включенным, определить аналогичным образом Тпосл, а затем Спосл

7.       Результаты, полученные опытным путем для параллельного и последовательного соединения (Спар и Спосл), сравнить с вычисленными по формулам

;


Рис. 2

 

 

Контрольные вопросы

1.       Что называется электроемкостью?

2.       Какие вещества называются проводниками?

3.       Какие вещества называются диэлектриками?

4.       Что называется относительной диэлектрической проницаемостью диэлектрика?

5.       Что называется периодом колебаний и в чем он измеряется в системе СИ?

6.       Нарисуйте последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

7.       Сделайте вывод формулы для определения общей емкости при параллельном включении конденсатора.

8.       Сделайте вывод формулы для определения емкости батареи последовательно включенных конденсаторов.

9.       Изобразите схему соединения приборов (рис. 2) в этой работе и укажите, каким образом включить конденсаторы при последовательном их включении, при параллельном включении.

10.    Дайте определение единицы электроемкости в системе СИ.

11.    Получите формулу энергии заряженного уединенного проводника.

12.    Какие поверхности называются эквипотенциальными.

 

№ п/п

t01

t02

t03

t0ср

C0

1

 

 

 

 

 

 

 

tx1

tx2

tx3

txср

2

 

 

 

 

 

 

 

t||1

t||2

t||3

t||ср

3

 

 

 

 

 

 

 

tпосл1

tпосл2

tпосл3

tпослср

4