Закон Кулона

Методика проведений измерений.

Измерение емкости конденсатора в данной работе осуществляется по методу резонанса в параллельной RLC цепи переменного тока, путем сравнения с эталонным конденсатором. Колебательный контур состоит из вторичной обмотки катушки, взаимной индуктивности и параллельно включенного конденсатора. Первичная обмотка подключается к генератору синусоидальных колебаний с регулируемой частотой. В такой цепи может наблюдаться резонанс токов, т.е. если активное сопротивление цепи незначительно, то при заданном синусоидальном напряжении источника переменного тока, подключенного к цепи, мгновенные значения силы тока в конденсаторе iC и в катушке индуктивности iL сдвинуты по фазе на π (токи имеют противоположное направление), причем амплитуда силы тока во внешней цепи равна (59):

.

Если частота генератора соответствует частоте резонанса контура, то и , т.е. наблюдается явление резонанса токов.

Таким образом, если ко вторичной обмотке катушки взаимной индуктивности L подключен эталонный конденсатор Сэm, то частота резонанса тока в контуре определяется выражением:

(60)

Если заменить эталонный конденсатор на конденсатор с неизвестной емкостью, то резонанс тока наступит на частоте:

(61)

Из этих выражений следует, что:

(62)

Однако в этом случае не учитывается, что соединенные провода обладают некоторой паразитной емкостью, которая оказывается подключенной параллельно к конденсатору колебательного контура. С учетом паразитной емкости уравнение (60) может быть записано в виде:

, (63)

а уравнение (37) для циклической частоты резонанса в случае подключения неизвестного конденсатора.

(64)

Для нахождения паразитной емкости Спар, необходимо провести измерения частоты резонанса тока в контуре, в котором в качестве конденсатора используется паразитная емкость подводящих проводов.

В этом случае частота связана с паразитной емкостью соотношением:

(65)

Разделив уравнения (39) (40) на уравнение (41) получим:

(66)

После преобразования уравнения (66) и почленного деления получим расчетную формулу:

(67)

Порядок выполнения работы.

  1. Собрать электрическую схему согласно рисунка 9:

Рис.9 Cхема экспериментальной установки для измерения емкости конденсатора методом резонанса.

  1. Включить все приборы в сеть, выбрать режимы, указанные в таблице 2 и прогреть 5-10 минут.

Таблица 2. Начальные положения кнопок и переключателей, которые необходимо установить на приборах.

На осциллографе

На генераторе

х-у

~

Время / дел - 2

Вольт / дел - 50

Режим ~

Аттенюатор на «0»

3. Кнопку ступенчатого переключения частоты на генераторе установить на 100 Гц, ручку грубой настройки установить в крайнее левое положение, ручку плавной настройки установить по центру.

4. Плавно изменяя частоту ручкой «Грубо», увеличить частоту сначала до 1 кГц, затем до 10 кГц, 100 кГц, найти частоту, при которой наблюдается явление резонанса (то есть полоска на экране осциллографа достигает max величины) (рис.10), результаты измерения занести в таблицу 3, измерения провести не менее 3-х раз. Рис. 10 Экран осциллографа

Таблица 3. Результаты измерений.

№ опыта

Гц

Гц

Гц

Гц

Гц

, Гц

параллельное

соединение

, Гц

последовательное

соединение

1

2

3

5. Подключить конденсатор С1, уменьшая (увеличивая) амплитуду, ручкой «Ампл» добиться max величины полоски на экране осциллографа, записать результаты измерения частоты в таблицу 3.

6. Подключить конденсатор С2, уменьшая (увеличивая) амплитуду, ручкой «Ампл» добиться max величины полоски на экране осциллографа, записать результаты измерения частоты в таблицу 3.

7. Подключить конденсатор С3, уменьшая (увеличивая) амплитуду, ручкой «Ампл» добиться max величины полоски на экране осциллографа, записать результаты измерения частоты в таблицу 3.

8. Измерить паразитную частоту, обусловленную электрической схемой, для этого отключить один провод от конденсатора С3.

9. Собрать электрическую схему из последовательно и параллельно соединённых конденсаторов С2 и С3, записать результаты измерения частоты в таблицу 3.

10. По формуле (67)

найти емкости конденсаторов С1, С2 и С3 и общую емкость С2 и С3 для случаев последовательного и параллельного соединения.

Контрольные вопросы.

  1. Электрическая емкость, единицы измерения электрической емкости

  2. Виды конденсаторов, способы соединения конденсаторов, емкость при различных видах соединения конденсаторов.

  3. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре.

  4. Затухающие электромагнитные колебания и их характеристики.

  5. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс токов, резонанс напряжений.

  6. Индуктивность, катушка индуктивности, единицы индуктивности.

  7. Емкостное сопротивление, индуктивное сопротивление.

Лабораторная работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип действия приборов разных систем, их погрешности, достоинства, недостатки и область применения.

2. По шкале конкретного прибора определить его основные характеристики и абсолютную погрешность измерения.

3. Рассчитать значения сопротивления шунта и дополнительного сопротивления для расширения пределов измерения прибора.

Приборы и принадлежности: приборы разных систем или набор шкал от различных приборов, электронный осциллограф, звуковой генератор, соединительные кабели.

Теоретические сведения.

1. Классификация электроизмерительных приборов

Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим признакам:

1. По роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики электрической энергии, термометры и т.п.

2. По роду тока: приборы переменного тока, приборы постоянного тока, постоянного и переменного тока.

3. По степени точности: от 1 до 8 класса. С увеличением номера класса увеличивается значение относительной погрешности прибора. Класс точности прибора определяется по таблице 4. Он соответствует единственному числу на шкале прибора, записанному в виде десятичной дроби. Например, если на шкале нанесена надпись 1,0, это означает, что относительная погрешность прибора составляет 1%, и он соответствует 5-му классу точности.

Таблица 4. Классы точности электроизмерительных приборов.

Число на шкале прибора (его относительная погрешность в процентах)

0,05

0,1

0,2

0,5

1,0

1,5

2,5

4,0

Класс точности

1

2

3

4

5

6

7

8

4. В зависимости от условий эксплуатации приборы разделяют на три группы:

Группа А - для работы в сухих, отапливаемых помещениях.

Группа Б - для работы в закрытых, неотапливаемых помещениях.

Группа В - для работы в полевых (В1)или морских (В2)условиях.

5. По устойчивости к механическим воздействиям приборы делятся на обыкновенные;

обыкновенные с повышенной прочностью;

устойчивые к механическим воздействиям: тряскопрочные (ТП), вибропрочные (ВП) и т.п.

6. По принципу действия: в зависимости от того, какие физические законы заложены в принцип работы электроизмерительных приборов. Существуют приборы следующих систем: магнитно-электрической, электромагнитной, электродинамической, цифровой, тепловой, вибрационной, электростатической и т. д.

  1. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей

    Закон
    10. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
  2. 2. Закон Кулона

    Закон
    - Два типа зарядов – положительные и отрицательные. Одноимённо заряженные отталкиваются, разноимённые притягиваются. При электризации трением заряжаются оба тела равными по величине, но разноимёнными зарядами.
  3. 1. Закон Кулона

    Закон
    (т.е. ), то в другой системе отсчета , движущейся относительно К со скоростью , компоненты электромагнитного поля отличны от нуля и связаны соотношением 64
  4. «Уровневая дифференциация на уроках физики». В ходе семинара учителем физики мбоу сош №2 Андреевой О. В. проведены открытые уроки по темам: «Закон Кулона» в 10 классе, «Законы постоянного тока» в 8 классе

    Урок
    Согласно плану работы ИМЦ МКУ ОО с целью распространения повышения профессиональной компетентности учителей 13 марта 2012 года на базе МБОУ СОШ №2 проведен теоретико-практический семинар для учителей физики по теме: «Уровневая дифференциация
  5. Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кру­чения нитей, установил ее законы

    Закон
    КУЛОН (Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кру­чения нитей, установил ее законы.
  6. "законами" движения материи "от простого к сложному", в истмате теория

    Закон
    Б. Ламарка, и Ч. Дарвина и продолжения их идей А. Уоллесом, Э. Геккелем, А. Северцовым, В. Ковалевским и другими, "ученый" мир, хотя и не без споров и трений, но признал теорию эволюции, и в обществе в целом было сформировано
  7. Закон отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение

    Закон
    Первоначальное представ­ление о строении вещества принадлежит Демокриту (460-370 годы до н.э.). По Демокриту все тела состоят из очень маленьких частиц - атомов.
  8. Закон сохранения электрического заряда (1)

    Закон
    В системе СИ единица заряда (кулон) является не основной, а производной и определяется через основную единицу для измерения электрических величин – единицу силы тока – ампер: 1 Кл = 1 Ас.
  9. Закон внутри нас. Древние считали: и то и другое неразрывно связаны между собой. Космос обусловливает прошлое, настоящее и будущее человечества и каждого отдельно взятого (1)

    Закон
    Великий немецкий философ Иммануил Кант заметил однажды, что есть всего две вещи, достойные подлинного удивления и восхищения: звездное небо над нами и нравственный

Другие похожие документы..