Стислі теоретичні відомості

Основною технічною характеристикою конденсатора є його електроємність С (ще його номінальна (робоча напруга)). Ємність вимірюється в фарадах (Ф) або мікрофарадах (мкФ).

Ємність залежить від розміру, форми, властивостей діелектрика: [Ф], де

 _а – абсолютна діелектрична проникливість середовища між пластинами конденсатора [Ф/м];

S  –   площа однієї пластини [м²];

d – відстань між пластинами [м].

Ємність С і напруга U між пластинами визначають величину його заряду – q = CU.

Коли напруга і заряд збільшується конденсатор заряджається, в колі виникає зарядний струм. Коли напруга і заряд зменшуються, в колі відповідно виникає струм розряду. Отже при змінній напрузі в колі з конденсатором проходить струм, рівний швидкості зміни заряду на пластинах конденсатора: I = dq / dt = Cdu / dt.

Конденсатор на змінному струмі

При підключенні до конденсатора змінної синусоїдальної напруги u = U_m sin t в колі з конденсатором виникає струм

де .

Останній вираз є виразом закону Ома для кола з ємністю. В аргументі синусу (+90) свідчить, що в колі з ємністю струм випереджає за фазою напругу на 90.

Струм досягає максимального значення в ті моменти часу, коли напруга дорівнює нулю. При максимальній напрузі струм припиняється (=0).

Можливі векторні діаграми:

Значення 1/(С) має розмірність опору (Ом) і називається реактивним опором ємності або ємнісним опором (позначається Х_С) .

Якщо ємність конденсатора виразити в мікрофарадах, то реактивний ємкісний опір . Для постійного струму, коли f = 0, Х_С = .

Потужність, що споживає конденсатор, визначається аналогічно потужності індуктивності. Отже в конденсаторі здійснюється періодичний обмін енергією між зовнішнім джерелом і електричним полем. Середня (активна) потужність дорівнює нулю.

Для кількісної оцінки інтенсивності обміну електричною енергією між джерелом і конденсатором введене поняття реактивної потужності Q_С = UI = I² X_С.

Хід роботи

1. Зібрати схему (на платі №2), представлену на рисунку нижче. Плату підключити до клем живлення «~ 0–250 B».

2. На блоці живлення перемикач «–120 В ~250 B» встановити в положення «~250 B».

3. Після подачі напруги на схему встановити значення живлячої напруги U = 220 В за допомогою потенціометра на лицьовий панелі блоку живлення. Значення напруги контролювати вольтметром V1.

Рисунок 7.9 – Схема послідовного з‘єднання активного опору та

конденсатора.

4. Записати значення струмів і напруг в схемі в таблицю 7.1 при підключені заданої кількості конденсаторів. Показання ватметру необхідно помножити на 0,1.

Таблиця 7.8 – Таблиця вимірювань та розрахунків.

U, В	I, мА	UH, B		UR, B	UС, B	Р, Вт
R, Ом	XС, Ом	ZН, Ом		С, мкФ	PСП, Вт	QС, ВАр	cosφ

5. Розрахувати та занести в таблицю 7.1

• значення активного опору

.

• значення ємнісного опору конденсатора

.

• значення повного опору схеми

.

• значення ємності конденсатора

, де f – частота напруги 50 Гц.

• значення активної потужності споживачів схеми

.

• значення реактивної ємнісної потужності схеми

.

• значення коефіцієнта потужності схеми

, .

6. Побудувати в масштабі векторну діаграму струму та напруг та трикутник опорів.

7. Протокол повинен містити назву, мету роботи, перелік та метрологічні параметри приладів, схему на рис. 7.1, таблицю 7.1, розрахункові формули та результати, векторну діаграму, трикутник опорів, висновок про виконання закону Ома та другого закону Кирхгофа на підставі побудови векторної діаграми та порівняння значень активної потужності Р та Р_СП і порівняння значень cosφ та Z_H, обчислених за двома виразами.