Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего
образования
“Национальный исследовательский
Томский политехнический университет”
Школа Инженерная школа природных ресурсов
Направление (специальность) Химическая технология
Отделение ОХИ
Определение емкости конденсаторов измерительным мостиком Соти
Отчет по лабораторной работе №2-
По дисциплине физика 2.2
Исполнитель: 2Д13 студент Чижова А. В.
(подпись)
(дата)
Руководитель: Кандидат физико-математических наук,
(подпись) доцент Богданова Ю. В.
(дата)
Цель работы: измерение теплоёмкостей двух конденсаторов, проверка закона последовательного и параллельного соединения конденсаторов.
Приборы и принадлежности: нуль - индикатор-мультиметр, источник
переменного напряжения с частотой 5000 Гц, конденсатор с известной емкостью, два конденсатора с неизвестными емкостями, реохорд, соединительные провода, приборная стойка.
Краткое теоретическое введение
Для измерений теплоёмкостей используется классическая мостовая схема, называемая мостиком Соти. На рис.1 показана схема простейшего моста Соти.
К
C1
M
N
C2
U
~
Рис.1
A
B
l2
l1
Пусть Δφ1, Δφ2 – мгновенные значения напряжений на обкладках конденсаторов, а ΔφAN, ΔφNB – мгновенные значения напряжений на сопротивлениях R1, R2.
Δφ1=U1= φM- φA;
Δφ2=U2= φM- φB;
Обозначим φA,φB,φM,φN – мгновенные значения потенциалов в точках A, B, M, N, соответственно. Тогда
ΔφAN= φA- φN;
ΔφNB= φB- φN;
Так как потенциалы в точках M и N различны, в ветвях MAN, MBN, ATB текут переменные токи. При любых произвольных R1 и R2 напряжения Δφ1, Δφ2, ΔφAN и ΔφNB, отличаются друг от друга, но сопротивления R1 и R2 можно подобрать так, что ток в диагонали моста ВТА станет равен нулю. Это имеет место, когда потенциалы точек А и В
окажутся одинаковыми. Тогда
Δφ1= Δφ2 ;
ΔφAN= ΔφBN.
Если ток в диагонали ВТА равен нулю, то ток i1= ΔφAN/R1 заряжает конденсатор С1, а ток i1= ΔφNВ/R2 заряжает конденсатор С2.
На обкладках конденсаторов за время Δt накапливаются заряды Δq1 и Δq2.
Δq1= ΔφAN/R1 × Δt
Δq2= ΔφNВ/R2× Δt
Электроёмкость проводника измеряется количеством электричества, которое необходимо сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу потенциала, следовательно, С= Δq / Δφ и поэтому электроёмкости первого и второго конденсаторов определяются соотношениями:
С1= ΔφAN/R1 × Δt/ Δφ1
С2= ΔφNВ/R2× Δt/ Δφ2
Следовательно:
С1/С2=R2/R1.
Сопротивления участков струны AN и NB соответственно равны R1=ρ*l1/s и
R1=ρ*l2/s,
где ρ-удельное сопротивление, s-сечение струны, l1 и l2 – длины участков струны AN и BN. Подвижный участок N скользит по струне и изменяет отношение плеч. При произвольном положении контакта N в диагонали моста ATB течёт ток и в телефоне слышен звук. Когда контакт приближается к положению, при котором ток, идущий через телефон, становится исчезающе мал, звук замирает. Если звук в телефоне исчез, то сопротивления R1 и R2 оказались такими, что выполняется соотношение:
левое плечо:
Задание
Заполнить таблицу:
|
|
|
|
|
|
|
C |
Для С(х1) |
Схема 1 |
0,676 |
0,672 |
0,674 |
0,674 |
0,326 |
0,48 |
Схема 2 |
0,537 |
0,536 |
0,535 |
0,536 |
0,464 |
0,865 |
|
Для С(х2) |
Схема 1 |
0,472 |
0,479 |
0,473 |
0,475 |
0,525 |
1,1 |
Схема 2 |
0,336 |
0,337 |
0,336 |
0,336 |
0,664 |
1,94 |
|
Для С(х, пар) |
Схема 1 |
0,379 |
0,381 |
0,383 |
0,381 |
0,619 |
1,62 |
Схема 2 |
0,258 |
0,257 |
0,259 |
0,258 |
0,742 |
2,88 |
|
Для С(х, посл) |
Схема 1 |
0,751 |
0,752 |
0,75 |
0,751 |
0,249 |
0,33 |
Схема 2 |
0,631 |
0,63 |
0,632 |
0,631 |
0,369 |
0,58 |
Cx1 cp |
Cx2 cp |
Cx послед ср |
Cx паралл ср |
0,673 |
1,535 |
0,455 |
2,25 |
СЭ=1*10-6мкФ
Подсчёт результатов:
Левое плечо:
Правое плечо:
Вывод: с помощью мостика Соти мы смогли проверить законы для последовательного и параллельного соединения для двух конденсаторов. Опыт может считаться успешным, т.к. экспериментальные (Схпосл=0,455мкФ, Схпарал=2,25мкФ) и теоретические (Схпосл=0,467мкФ, Схпарал=2,2мкФ) сошлись.
Сведения об авторе
ФИО: Чижова Анастасия Васильевна
Фото:
Томск - 2022