Емкость

1. Зарядка конденсатора

1. Приобретите коммерческий конденсатор с емкостью C = 470 мкФ (или каким-то аналогичным значением), программируемый источник напряжения и амперметр (или мультиметр, который может измерять ток).
2. Установив источник напряжения на 0 В, подключите клемму "+" источника напряжения к одной клемме конденсатора, между которой находится амперметр, и подключите клемму "-" источника напряжения к другой клемме, как показано на рисунке Рисунок 1. Подключение может быть выполнено с помощью кабелей с зажимами или банановыми вилками в приемные порты на конденсаторе и приборах.
3. Переключите источник напряжения с 0 В на 1 В (примерно за 1 с) и наблюдайте за показаниями переходного тока на амперметре. Проделайте то же самое для 2 В, 5 В и 10 В (для каждого целевого напряжения; это означает, что сначала вернитесь к 0 В, а затем переключитесь на целевое напряжение примерно через 1 с). Обратите внимание, что переходный ток больше при большем целевом напряжении, как и ожидалось из Уравнение 2.
4. Запрограммируйте источник напряжения на генерацию линейного напряжения от 0 В до 10 В за 5 с и запишите показания амперметра в «установившемся состоянии» в середине линейного напряжения. Повторите эти действия в течение 10 с, 20 с и 30 с. Построение графика зависимости наблюдаемого тока от скорости нарастания напряжения (в В/с).

2. Настройка емкости

1. Выключите источник напряжения и замените его на батарейку 300 В, а ампер-метр замените на резистор 1 МОм (назначение этого резистора – обеспечить дополнительную защиту для ограничения тока в цепи); Также замените коммерческий конденсатор на параллельный пластинчатый конденсатор с регулируемым расстоянием между пластинами.
2. Приобретите вольтметр с высоким импедансом (или «электрометр») и подключите его для измерения разницы напряжения V между двумя пластинами (высокий импеданс препятствует разряду конденсатора во время эксперимента при подключении электрометра). Смотрите Рисунок 5.
3. Подключите аккумулятор 300 В к конденсатору с параллельными пластинами, дождитесь, пока электрометр достигнет установившегося состояния 300 В (теперь конденсатор полностью заряжен от источника 300 В), а затем быстро отсоедините источник напряжения от пластин. Смотрите Рисунок 6. Электрометр все еще должен показывать 300 В.
4. Теперь увеличьте расстояние d между пластинами до больших значений, таких как 15 мм, 10 мм и 5 мм, и наблюдайте и записывайте соответствующие показания напряжения на электрометре (В); Сюжет V против d.
5. Увеличьте d обратно до ~ 20 мм, вставьте пластиковую плиту между двумя пластинами и посмотрите, что происходит с V, показанным электрометром. Уменьшение V между пластинами (при фиксированном заряде Q в данном случае) является результатом большей диэлектрической проницаемости, ε пластика (по сравнению с воздухом) в качестве среды конденсатора (см. Уравнения 1 и 3).

3. Параллельные и последовательные емкости

1. Получить измеритель емкости («измеритель LCR» или мультиметр с режимом измерения емкости); Приобретите макетную плату для облегчения электрических соединений в этой части эксперимента.
2. Приобретите два коммерческих «керамических» конденсатора с емкостью 1 мкФ и используйте измеритель емкости для проверки их емкости, как показано на рисунке Рисунок 2.
3. Подключите два конденсатора параллельно и используйте измеритель емкости для измерения общей емкости (между точками A и B см. Рисунок 3).
4. Подключите два конденсатора последовательно и используйте измеритель емкости для измерения общей емкости (между точками A и B см. Рисунок 4).

Рисунок 3: Схема, показывающая два конденсатора, соединенных параллельно.

Рисунок 4: Схема, показывающая два конденсатора, соединенных последовательно.

Рисунок 5: Диаграмма, показывающая зарядку конденсатора с помощью источника напряжения, при одновременном считывании напряжения электрометром.

Рисунок 6: После быстрого отключения источника напряжения в Рисунок 5, напряжение и заряд на конденсаторе должны остаться.