Дослідження конденсатора (варіант 1)

набірне поле «Школяр», датчик напруги, датчик струму, з’єднувальні провідники, джерело постійного струму, АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) Einstein LabMate+, кабель для під’єднання датчика, ПК.

Основною характеристикою конденсатора є його електроємність - здатність, що характеризує властивість конденсатора нагромаджувати електричний заряд. У позначенні конденсатора фігурує значення номінальної ємності, у той час як реальна ємність може значно відрізнятися залежно від багатьох факторів. Реальна ємність конденсатора визначає його електричні властивості. За означенням ємності, заряд на обкладинці пропорційний напрузі між обкладинками:

q=C∙U, (1)

де С – електрична ємність конденсатора, Ф; U – напруга між обкладинками конденсатора, В. З іншого боку, заряд конденсатора може бути визначений як інтеграл сили струму розряду через зовнішній опір, що й буде використано у цій роботі. Визначивши величину заряду, що проходить у цьому процесі, просто обчислити його ємність. Конденсатор може накопичувати електричну енергію. Енергія зарядженого конденсатора визначається за формулою:

(2)

1. З набірного поля «Школяр» зберіть електричне коло відповідно до рисунку 1. 2. З’єднайте датчик напруги паралельно конденсаторам. 3. З’єднайте датчик струму послідовно з резистором. 4. Підключіть коло до виходу джерела постійного струму. 5. З'єднаєте АЦП із USB-входом вашого ПК (дочекайтеся моменту, коли світлодіод на АЦП змінить колір з червоного на жовтий або зелений). 6. З’єднайте з АЦП датчики струму та напруги. 7. Підготуйте в зошиті таблицю для занесення результатів. 8. Запустіть програму MiLAB, обравши іконку . 9. Натисніть кнопку на АЦП так, щоб світлодіод почав блимати. 10. Оберіть внизу вікна «Повне налаштування». 11. Оберіть дискретизацію «Авто», частоту замірів – 500 замірів на секунду, кількість замірів – 5000. 12. Оберіть «Мінімальні налаштування». 13. Увімкніть джерело живлення та виставте напругу 6 В. 14. Перемикач на схемі повинен відповідати положенню зарядки конденсатора. 15. Натисніть кнопку «Старт» . 16. Перемкніть конденсатор на розрядку. 17. Дочекайтеся завершення реєстрації даних. 18. Повторно зарядіть і розрядіть конденсатор ще двічі, щоразу зберігаючи результат вимірювань. 19. Обріжте графік так, щоб виділити один цикл розрядки конденсатора. 20. Установіть «Перший курсор» на графік струму в точці його максимального значення. 21. Установіть «Другий курсор» на графік струму в точці, коли струм дорівнює 0. 22. У верхньому меню виберіть вкладку «Функції», а в ній – кнопку «Площа» . 23. Зчитайте значення площі у А∙с, що з'явилося в нижній лівій стороні графіку. Це значення є інтегралом струму за часом і дорівнює заряду q у Кл. Занесіть це значення до таблиці. 24. Установіть курсор на графік напруги і зчитайте його початкове значення U, занесіть його до таблиці. 25. Повторіть попередні кроки для інших збережених експериментів.