Există mai multe metode de măsurare capacitanță: metoda voltmetrului electrostatic, o metoda punte de curent alternativ, galvanometru balistice. Acuzația a condensatorului C în conformitate cu definiția (1) poate fi măsurată prin galvanometru operată într-un mod balistică, o tensiune - sursa de curent pe înainte de descărcare.
Galvanometrele sunt dispozitive pentru măsurarea curenților slabi (sau tensiunilor) de ordinul 10 -6 ¸ 10 -12 A (10-6 ¸ 10 -10 V). Partea principală a sistemului galvanometru magnetoelectric este suspendat pe cadru de filament vertical, plasat într-un câmp al unui magnet permanent cu piese speciale pol. Când curge de-a lungul cadrului curent, interacțiunea câmpurilor magnetice ale magnetului curent și ale magnetului permanent determină mutarea cadrului. Fixată cu o săgeată a cadrului (oglindă care reflectă fasciculul) vă permite să măsurați unghiul de rotație al cadrului. Galvanometrului balistică a cadrului este suspendat dintr-un cilindru gol din fier moale, care crește momentul său de inerție. În plus, câmpul de lângă răsuciri devine simetric radial.
Când curentul circulă în cadru, vor funcționa următoarele:
a) cuplul M1. Câmpul magnetic generat de acțiunea magnetului pe curent;
b) momentul M2. datorită răsucirii filetului agățat;
c) cuplul de frânare M3. Acesta determină acțiunea magnetului asupra curentului de inducție în bobină pe măsură ce acesta se rotește.
Momentul de frecare, având în vedere micul său caracter (Mtr <<М1 ; М2 ; М3 ), пренебрегают.
Dacă B - inducția magnetică în spărtură, N - numărul de spire din bobina, S - zona de înfășurare, D - răsucirea cuplul a suspensiei prin rotirea unghiului unitate cadru, R - rezistența circuitului galvanometru, i - curentul care curge prin bobina, ii - curentul de inducție; . - unghiul de rotație și viteza unghiulară, momentele de mai sus vor fi egale cu:
Ecuația de mișcare a cadrului galvanometrului cu momentul inerției I:
Dacă timpul de tranzit al curentului de descărcare al condensatorului prin cadrul este mult mai mic decât perioada de oscilații naturale (t <<Т), то с достаточной степенью точности можно считать, что за это время t рамка практически не успевает выйти из положения равновесия. При этом из уравнения движения приближенно получим:
I = BSNit = BSNq (5)
unde q este sarcina transmisă prin cadru, - viteza unghiulară a cadrului,
- coeficient constant determinat de proiectarea dispozitivului.
Energia cinetică dobândită de cadru ca urmare a trecerii curentului (fără pierderi) la deviația maximă se transformă în energia potențială a unei suspensii învârlite:
unde am este unghiul maxim al primei deviații.
Din ecuațiile (6) și (7) găsim:
Rezultă din (8) că încărcătura care trece prin cadru este proporțională cu prima abatere.
Abaterea cadrului în galvanometrul balistic este proporțională cu deformarea săgeții galvanometrului, astfel încât să putem scrie raportul:
unde n este numărul de diviziuni de scară prin care se abate săgeata galvanometrului,
A este constanta balistică a galvanometrului (diviziunea Pendant / scale).
Valoarea constantei A se determină experimental. Capacitor de capacitate cunoscută Set. încărcat la diferența de potențial U. este descărcat printr-un galvanometru balistic. Conform valorii n, în conformitate cu punctele (9) și (1), constanta balistică se calculează:
EXPERIMENTAL: Configurarea experimentală este asamblată în conformitate cu schema prezentată în figură. Tabloul de bord are o linie întreruptă. Are butoane fixe P, K și terminale pentru conectarea dispozitivelor. Condensatorul investigat C este încărcat cu o sursă de tensiune reglată (IRN). Tensiunea pe condensator este măsurat prin V. voltmetru Prin apăsarea tastei P are loc descărcarea condensatorului prin galvanometru G. Fixat numărul de diviziuni în prima direcție de deviere. După aceasta, indicatorul oscilează. Pentru a opri necesitatea de a completa circuitul indicatorului galvanometru atunci când trece prin butonul poziția zero K. scala valorilor măsurate se calculează capacitatea:
1. Pentru a familiariza cu schema de conectare a butoanelor și a terminalelor pe un panou, elementele de comandă ale unei surse de presiune.
2. Determinarea balistică galvanometru A. constant Pentru aceasta să facă măsurători cu referință cunoscut condensator capacitance Ce. Măsurători ale deviației galvanometru n pentru a produce cel puțin 10 ori la tensiune diferite de măsurare U. Rezultatele înregistrate în Tabelul 1. Se calculează valoarea constantă balistică conform formulei pentru fiecare măsurătoare și pentru a găsi Asr medie valoare. Calculați eroarea de măsurare a constantei balistice A.
3. Determinați capacitatea a doi condensatori diferiți, incluzând alternativ în circuit. Pentru a face acest lucru, măsurați abaterile lui n pentru diferite valori ale lui U (cel puțin cinci eșantioane). Înregistrați rezultatele măsurătorilor din tabelele 2 și 3.
4. Măsurați capacitatea bateriilor de la acești doi condensatori cu conexiunile lor paralele și seriale. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabelele 4 și 5.
5. Calculați valorile medii ale capacităților C1. C2. Sposl. și Spar și erorile aleatorii în măsurătorile lor.
6. Estimarea erorilor instrumentale de măsurare a capacităților C1. C2. Sposl. și Spar, comparați-le cu erori aleatorii și înregistrați rezultatele măsurătorilor finale.
7. Calculați valorile capacităților bateriilor pentru conectarea paralelă Spar și conectarea în serie a condensatoarelor conform formulelor corespunzătoare (2,3).
8. Calculați și testați valorile compartimentelor pentru comparare din Tabelul 6.
9. Desenează concluzii.
Notă: Pentru a reduce eroarea în determinarea C, tensiunea este selectată astfel încât prima abatere a acului galvanometrului să fie de cel puțin 7-10 diviziuni.
Valorile constantei balistice a galvanometrului A. Tabelul 1
1. Ce se înțelege prin capacitatea electrică? Ce este un condensator?
2. Care este principiul măsurării rezervoarelor folosind metoda balistică.
3. Arată, din care ecuații derivă expresia pentru constanta balistică a galvanometrului.
4. Descrieți modul în care este determinată constanta balistică a galvanometrului în lucrarea dumneavoastră de laborator.
5. Dovediți o formulă pentru calcularea capacității condensatoarelor de serie.
6. Dovediți o formulă pentru calcularea capacității condensatoarelor paralele.
1. Trofimova TI Curs de fizică. M. Vyssh.shk. 1985. Capitolul 11, §§ 91-93.
3. Atelier de lucru privind fizica generală. Ed. prof. V.F.Nozdreva. M. "Education", 1971, Ch. III, P.180.