Електрика

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

 

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

 

КАФЕДРА ФІЗИКИ

 

073-97

 

Методичні вказівки

до лабораторних робіт із загального курсу фізики для студентів інженерно–технічних спеціальностей НУВГП

 

Розділ «Електрика»

 

Рекомендовано методичною комісією факультету земле-устрою та геоінформатики.

Протокол № 8 від 16.05.2005р.

 

РІВНЕ 2005

 

Методичні вказівки до лабораторних робіт із загального курсу фізики для студентів інженерно – технічних спеціальностей НУВГП. Розділ ”Електрика”/ Мороз В.М., Олексин Д.І., Орленко В.Ф, Кочергіна О.Д., Рівне: НУВГП, 2005 - 28 с.

Упорядники: Мороз В.М., кандидат фіз.-мат. наук, доцент, Олексин Д.І., кандидат фіз.-мат. наук, доцент, Орленко В.Ф., кандидат фіз.-мат. наук, доцент, Кочергіна О.Д., асистент.

Відповідальний за випуск: Орленко В.Ф., канд. фіз.-мат. наук, доцент, зав. кафедри фізики.

© Мороз В.М., Олексин Д.І.,

Орленко В.Ф, Кочергіна О.Д., 2005

© НУВГП,2005

 

 

Лабораторна робота № 1. Визначення електроємності конденсатора балістичним гальванометром

Лабораторна робота № 2. Визначення опору провідників за допомогою містка Уітстона

Лабораторна робота № 3. Визначення електрорушійної сили джерела методом компенсації

Лабораторна робота № 4. Вивчення залежності опору металів від температури

Лабораторна робота № 5. Вивчення вакуумного діода і визначення питомого заряду електрона

 

 

Визначення електроємності конденсатора балістичним гальванометром

Мета роботи: визначити електроємність конденсатора.

Лабораторне обладнання: балістичний гальванометр*), еталонний конденсатор (відомої ємності), досліджуваний конденсатор, джерело струму, вольтметр, реостат, ключі, з’єднувальні провідники.

Загальні теоретичні відомості

При збільшенні заряду відокремленого провідника його потенціал збільшується. Дослід і теорія показують, що залежність між цими величинами пропорціональна:

 

 , (1)

 

де   – заряд провідника,   – його потенціал,   – коефіцієнт пропорціональності – величина постійна для даного провідника і залежить від його форми і розмірів.

Коефіцієнт пропорціональності   називається електроємністю (скорочено – просто ємністю) провідника. Із (1) випливає

 

 . (2)

 

Як видно з (2), електроємність відокремленого провідника – це фізична величина, що чисельно дорівнює заряду, який необхідно надати тілу, щоб змінити його потенціал на одиницю. В СІ ємність вимірюється в фарадах. Фарад – ємність такого провідника, потенціал якого змінюється на один вольт при наданні йому заряду в один кулон.

Для практики найбільший інтерес становить система з двох провідників, які близько розміщені один від одного і заряди яких чисельно рівні, але мають протилежні знаки. Якщо провідники перебувають далеко від будь-яких заряджених тіл або інших провідників, то, як показують дослід і теорія, різниця потенціалів   між провідниками, що заряджаються, пропорціонально заряду  , тобто

 

 , (3)

 

де   – електроємність системи провідників. Таку систему називають конденсатором, а провідники цієї системи – обкладками конденсатора.

*) Замість балістичного гальванометра можна використати дзеркальний нуль-гальванометр.

Електроємністю конденсатора називають величину, що чисельно дорівнює заряду, який потрібно перенести з однієї обкладки на іншу, щоб змінити різницю потенціалів між ними на одиницю

 

 . (4)

 

Щоб визначити ємність, потрібно знати заряд конденсатора і різницю потенціалів між обкладками. Величина заряду в даній роботі визначається за допомогою балістичного гальванометра. Як показує теорія балістичного гальванометра, заряд  , що пройшов через гальванометр, пропорціональний першому відхиленню рухомої системи гальванометра, тобто найбільшому кутовому відхименню   “зайчика” від положення рівноваги

 

 , (5)

 

де   – коефіцієнт пропорціональності.

При малих кутах величина   пропорціональна числу поділок відхилення “зайчика”, відрахованих по шкалі. Тоді рівняння (5) можна записати

 

 , (6)

або  ,

 

де   – балістична постійна гальванометра. Підставляючи (4) у (6), маємо

 

 . (7)

 

Нехай маємо еталонний конденсатор з ємністю   і досліджуваний з ємністю  . По черзі зарядимо їх до однакової різниці потенціалів   і розрядимо через гальванометр. Згідно (7) маємо

 

 ,  , (8)

 

де   і   – найбільші відхилення “зайчика” при розрядженні еталонного і досліджуваного конденсаторів.

Розв’язуючи систему рівнянь (8) відносно  , маємо робочу формулу:

 

 . (9)

 

Опис установки

Для виконання даної роботи використовують електричну схему подану на рис.1. У схемі: Б – джерело постійного струму; П – реостат, ввімкнений за схемою потенціометра; V – вольтметр, яким вимірюється різниця потенціалів на досліджуваному і еталонному конденсаторах; К1 – ключ для вмикання джерела постійного струму; К2 – ключ для зарядки і розрядки конденсаторів; К3 – перемикач для включення в схему одного з конденсаторів; G – гальванометр; К4 – ключ для заспокоєння рухомої системи гальванометра.

Балістичний гальванометр – це гальванометр магнітоелектричної системи, період коливань рухомої частини якого значно більший від часу проходження імпульсу вимірюваного струму. Тому балістичні гальванометри виготовляють з великим періодом власних коливань. Це досягається збільшенням маси і, відповідно, моменту інерції рухомої системи гальванометра.