Pojemność

1. Ładowanie kondensatora

1. Uzyskaj komercyjny kondensator o pojemności C = 470 μF (lub podobnej wartości), programowalne źródło napięcia i amperomierz (lub multimetr, który może mierzyć prąd).
2. Przy źródle napięcia ustawionym na 0 V, podłącz zacisk "+" źródła napięcia do jednego zacisku kondensatora, z amperomierzem pomiędzy nimi, a zacisk "−" źródła napięcia do drugiego zacisku, jak na rysunku Rysunek 1. Podłączenie można wykonać za pomocą kabli z zaciskami lub wtykami bananowymi do portów odbiorczych na kondensatorze i instrumentach.
3. Przełącz źródło napięcia z 0 V na 1 V (w około 1 s) i obserwuj odczyt prądu przejściowego na amperomierzu. Zrób to samo dla 2 V, 5 V i 10 V (dla każdego napięcia docelowego; oznacza to, że najpierw wróć do 0 V, a następnie przełącz się na napięcie docelowe w ciągu około 1 s). Zauważ, że prąd przejściowy jest większy dla większego napięcia docelowego, zgodnie z Równanie 2.
4. Zaprogramuj źródło napięcia tak, aby generowało rampę napięcia od 0 V do 10 V w ciągu 5 s i zapisz odczyt amperomierza w stanie ustalonym w środku rampy. Powtórz dla czasu narastania 10 s, 20 s i 30 s. Wykreślić obserwowany prąd w funkcji szybkości narastania napięcia (w V/s).

2. Dostrajanie pojemności

1. Wyłącz źródło napięcia i zastąp je baterią 300 V, a amperomierz zastąp rezystorem 1 MΩ (celem tego rezystora jest zapewnienie dodatkowej ochrony w celu ograniczenia prądu w obwodzie); Zamień również kondensator komercyjny na kondensator z równoległą płytką z regulowaną separacją między płytkami.
2. Zaopatrz się w woltomierz (lub "elektrometr") o wysokiej impedancji i podłącz go, aby zmierzyć różnicę napięcia V między dwiema płytkami (wysoka impedancja utrudnia rozładowanie kondensatora podczas eksperymentu, gdy podłączony jest elektrometr). Zobacz Rysunek 5.
3. Podłącz akumulator 300 V do równoległego kondensatora płytkowego, poczekaj, aż elektrometr osiągnie stan ustalony 300 V (teraz kondensator jest w pełni naładowany przez źródło 300 V), a następnie szybko odłącz źródło napięcia od płytek. Zobacz Rysunek 6. Elektrometr powinien nadal wskazywać 300 V.
4. Teraz zwiększ odległość d między płytkami do większych wartości, takich jak 15 mm, 10 mm i 5 mm, a następnie obserwuj i zapisuj odpowiedni odczyt napięcia na elektrometrze (V); działka V kontra d.
5. Zwiększ d z powrotem do ~ 20 mm, włóż plastikową płytkę między dwie płytki i obserwuj, co dzieje się z V odczytanym przez elektrometr. Redukcja V między płytkami (w tym przypadku przy stałym ładunku Q) wynika z większej ε stałej dielektrycznej tworzywa sztucznego (w porównaniu z powietrzem) jako medium kondensatora (patrz Równania 1 i 3).

3. Pojemności równoległe i szeregowe

1. Zaopatrzyć się w miernik pojemności ("miernik LCR" lub multimetr z trybem pomiaru pojemności); Zaopatrz się w płytkę stykową, aby ułatwić połączenia elektryczne w tej części eksperymentu.
2. Zaopatrz się w dwa komercyjne kondensatory "ceramiczne" o pojemności 1 μF i użyj miernika pojemności, aby sprawdzić ich pojemność, jak na Rysunek 2.
3. Połącz dwa kondensatory równolegle i użyj miernika pojemności, aby zmierzyć całkowitą pojemność (między punktami A i B, patrz Rysunek 3).
4. Połącz szeregowo dwa kondensatory i użyj miernika pojemności, aby zmierzyć całkowitą pojemność (między punktami A i B, patrz Rysunek 4).

Rysunek 3: Schemat przedstawiający dwa kondensatory połączone równolegle.

Rysunek 4: Schemat przedstawiający dwa kondensatory połączone szeregowo.

Rysunek 5: Schemat przedstawiający ładowanie kondensatora za pomocą źródła napięcia, podczas odczytu napięcia za pomocą elektrometru.

Rysunek 6: Po szybkim odłączeniu źródła napięcia w Rysunek 5 napięcie i ładunek na kondensatorze powinny pozostać.