Лабораторная работа "Расчет и измерение емкости плоского конденсатора"
Теоретический материал. Конденсатор — накопитель электрических зарядов. Плоский конденсатор представляет собой систему из двух металлических электродов — пластин (обкладок), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Между пластинами находится воздух или какой-либо другой изолятор (слюда, керамика, парафинированная бумага и т. д.). Если конденсатор присоединить к источнику постоянного тока, то на его пластинах появятся равные по модулю и противоположные по знаку электрические заряды. Способность конденсатора накапливать электрический заряд определяется формулой
q=CU,
где С — электрическая емкость конденсатора, или в краткой форме — емкость. Емкость плоского конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между ними и типа изолирующего материала. Ее вычисляют по формуле C= ε ε 0 S d , где ε — диэлектрическая проницаемость среды между пластинами конденсатора, ε0 — электрическая постоянная ( ε 0 =8,85⋅ 10 −12 Кл 2 Н⋅ м 2 ) , S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между пластинами конденсатора. Единица электрической емкости в системе СИ называется фарад:
1Ф= 1Кл 1В , 1фарад= 1кулон 1вольт . На практике применяют дольные единицы электрической емкости: 1 мкФ (микрофарад) = 10−6 Ф, 1 нФ (нанофарад) = 10−9 Ф, 1 пФ (пикофарад) = 10−12 Ф.
В маркировке конденсаторов указывают номинальную емкость, класс точности в % и максимальное рабочее напряжение. Номинальную емкость записывают с помощью двух или трех цифр. В десятичных дробях вместо запятой ставят буквы: р — для обозначения пикофарад, n — нанофарад, μ — микрофарад. Цель работы: рассчитать и измерить емкость плоского конденсатора с воздушным диэлектриком. Приборы и материалы: мультиметр M890G, металлические пластины разных размеров, подставка для пластин конденсатора, миллиметровая линейка.
Указания к работе: 1. С помощью миллиметровой линейки измерьте линейные размеры пластин. 2. Установите на подставке две одинаковые пластины, т. е. образуйте конденсатор с воздушным диэлектриком. Измерьте и запишите расстояние между пластинами. (Пластинами конденсатора могут быть разглаженные обертки фольги от шоколадки, конфет, а диэлектриком — тетрадь.) 3. С помощью переключателя на мультиметре установите режим работы «измеритель емкости» и измерьте емкость образованного конденсатора. 4. Уменьшите расстояние между пластинами плоского конденсатора в два раза и снова измерьте его емкость. 5. Сконструируйте конденсатор, площадь пластин которого в два раза меньше, чем у предыдущего. Снова измерьте его емкость.
