2.2 Описание установки и метода измерений

Для экспериментального определения емкости конденсатора в

Рисунок 5.3

соответствии с формулой (5.9) необходимо измерить заряд на обкладках конденсатора и напряжение между ними. На рис.5.3 изображена схема установки. Здесь Е - источник постоянного тока; R - потенциометр; V - вольтметр; G - зеркальный гальванометр; П - двухполюсный переключатель; C - конденсатор.

При установке переключателя в положение 1 на исследуемый конденсатор подается напряжение U, величина, которого регулируется потенциометром R и измеряется вольтметром V. Вольтметр и потенциометр могут быть вмонтированы в источник

постоянного тока. В этом случае переключатель П соединяют непосредственно к клеммам источника. При переводе переключателя в положение 2 происходит разряд конденсатора на баллистический гальванометр G, с помощью которого определяется заряд обкладок конденсатора. Эталонный и два исследуемых конденсатора закреплены на панели, куда выведены контактные клеммы двухполюсного переключателя и конденсаторов.

Гальванометрами называют приборы, которые предназначены для измерения малых электрических величин (сила тока, напряжение, заряд) меньших, чем миллионная доля ампера, вольта, кулона. Это достаточно чувствительные приборы, и, как правило, их измеритель тока магнитоэлектрической системы. То есть рамка 1 (рис.5.4) с измеряемым током, удерживается в положении равновесия кварцевой нитью 2, и имеет возможность вращаться в магнитном поле постоянного магнита. В положении равновесия рамки (то есть в отсутствие измеряемого тока) вектор индукции магнитного поля параллелен плоскости рамки (см. рис.5). Рамка с измеряемым током I имеет магнитный момент =ISN, где S - площадь одного витка, а N - количество витков на рамке. В магнитном поле на магнитный момент действует момент сил Ампера , который стремится повернуть рамку с током. Под действием этого момента сил нить 2 закручивается на угол , пропорциональный величине измеряемого тока I. Угол закручивания нити измеряется с помощью светового луча, который отражается от зеркала 3, укрепленного на нити.

Гальванометр, предназначенный для измерения заряда, называется баллистическим. Прибор реагирует на величину заряда qIt в тех случаях, когда время прохождения тока t значительно меньше периода колебаний подвижной системы измерителя. При разряде конденсатора на рамку с током действует импульс момента сил Mt, который приводит к колебаниям рамки с определенной амплитудой. Начальная амплитуда ее колебаний определяется электрическим зарядом, который прошел через измеритель за время t. В данной лабораторной работе для измерений заряда прибор должен быть проградуирован. Цена одного деления носит название баллистической постоянной гальванометра. Для определения баллистической постоянной гальванометра используется эталонный конденсатор с известной емкостью С₀.

Для определения баллистической постоянной  гальванометра необходимо знать заряд, проходящий через рамку гальванометра и число делений n₀, на которое отклоняется “зайчик” гальванометра при повороте рамки

. (5.12)

При заряде эталонного конденсатора емкостью С₀ при напряжении U₀ на нем накапливается заряд

(5.13)

Если этот конденсатор разрядить на гальванометр, то этот заряд вызывает отклонение “зайчика” гальванометра на некоторое число делений n_о. Тогда

(5.14)

Зная баллистическую постоянную гальванометра ( заряд, вызывающий отклонение “зайчика” гальванометра на одно деление ), можно определить величину любого заряда, прошедшего через гальванометр

, (5.15)

где n - число делений, на которое отклоняется “зайчик” гальванометра.

Если зарядить конденсатор неизвестной емкости при напряжении U и разрядить его на гальванометр , то, заметив максимальное отклонение n_x “зайчика” гальванометра, можно определить емкость исследуемого конденсатора

(5.16)