С. Д. Варламов А. Р. Зильберман

Электрические измерения на постоянном токе
33
обратным током — обычный КД521 или КД503 вполне подой-
дёт.
Задание
: измерить ёмкости нескольких конденсаторов и
индуктивность катушки с железным сердечником.
Указания для учителя
: конденсаторы для совсем просто-
го варианта можно выбрать примерно того же порядка, что
и данные, для более сложного и требующего раздумий —
один из конденсаторов нужно взять существенно меньшей
ёмкости — лучше всего порядка 5—10 мкФ, его желательно
взять «бумажного» или другого типа с небольшой «утечкой».
В качестве исследуемой катушки можно взять обмотку како-
го-нибудь трансформатора с не очень большим числом витков
(лучше всего иметь индуктивность порядка десятых долей
генри). Удобно просто намотать сотню витков на сердечник
разборного школьного трансформатора.
Выполнение работы
. Выше мы уже обсуждали баллисти-
ческий метод, именно он хорошо подходит для измерений
ёмкости. «Калибруем» прибор по известному конденсатору:
заряжаем конденсатор известной ёмкости до фиксирован-
ного напряжения (можно воспользоваться делителями из
данных резисторов) и наблюдаем отброс стрелки. Непремен-
но проверяем применимость метода для наших конденсато-
ров (и нашего микроамперметра!), соединяя конденсаторы
параллельно, — при этом условия «баллистичности» прибо-
ра должны сохраняться. Далее можно определять неизвест-
ные ёмкости. Метод можно применять, используя парал-
лельное или последовательное подключение «неизвестных»
конденсаторов к известным, — это расширяет область изме-
ряемых значений ёмкости. При этом, однако, ухудшается
точность измерений, и при больших отношениях ёмкостей
способ перестаёт работать. В таком случае можно поступать
иначе.
Рассмотрим упомянутый в условии случай, когда один
из конденсаторов имеет существенно меньшую ёмкость. Про-
ведём измерения совсем по-другому. Зарядим конденсатор
известной ёмкости от батарейки и начнём «красть» его заряд
порциями, унося его при помощи измеряемого (того, что
малой ёмкости) конденсатора. Проделаем это так: зарядим
этот конденсатор от батарейки и подключим его к «главно-

34
Часть 1
му» конденсатору в противоположной полярности — «плюс»
к «минусу». При этом полный заряд уменьшится на вели-
чину удвоенного заряда малого конденсатора. Снова зарядим
его от батарейки и опять подключим к конденсатору боль-
шой ёмкости. Сделаем это, например, 10 раз. После этого
проверим заряд большого конденсатора, подключая к нему
микроамперметр, — если за десять раз он не разрядился,
попробуем снова повторить эксперимент, но уже для 15 раз-
рядов, и т. д. — мы быстро «нащупаем» число разрядов, ко-
торые почти точно разряжают до нуля большой конденсатор
(если, например, семнадцати мало, а восемнадцати — много,
стрелка микроамперметра отклоняется в другую сторону —
мы получаем все числа для расчёта ёмкости).
Опыт этот совершенно необходимо проводить несколько
раз, набирая статистику. И ещё: важно в самом начале
убедиться в том, что за время нашего эксперимента — а это
20—30 секунд — большой конденсатор не очень заметно раз-
ряжается самостоятельно — ведь такой разряд сильно ис-
портит нам эксперимент. Для уменьшения времени «цикла»
можно воспользоваться переключателем с двумя положени-
ями, в котором контакт первого вывода имеется либо со
вторым, либо с третьим выводом.
Для этого нужно сравнить отброс стрелки от «свежезаря-
женного» большого конденсатора и от «выдержанного» после
заряда примерно минуту. Если разница не очень заметна —
всё отлично. Если это не так — придётся принимать допол-
нительные меры, например заряжать изначально большой
конденсатор не до полного напряжения батарейки, а до из-
вестной его части при помощи делителя из резисторов. Это
может немного сократить саморазряд, но, главное, уменьшит
необходимое число переключений и сократит время опыта.
Этим же способом можно воспользоваться при измерении со-
всем большой ёмкости конденсатора — нужно «красть» с него
заряд при помощи известного конденсатора. Кстати, для
такого опыта и баллистичность измерений вовсе не нужна —
мы проверяем только факт наличия остаточного заряда на
конденсаторе совсем большой ёмкости после фиксированного
числа «разряжений», а пропорциональность отброса стрелки
его заряду нам не требуется.

Электрические измерения на постоянном токе
35
Для измерения индуктивности катушки придётся собрать
схему из последовательно соединённых батарейки, резистора
с сопротивлением порядка сотен Ом и катушки. Параллельно
катушке подключим последовательную цепочку из полупро-
водникового диода и микроамперметра, полярность диода
выберем «обратную» — чтобы ток через микроамперметр не
тёк (напоминаем, что катушка не идеальная, напряжение
между её концами при установившемся токе не равно нулю).
По катушке в такой цепи потечёт ток, величину которого мы
легко вычислим. Разорвём теперь цепь, отключив катушку
от батарейки. Весь ток катушки теперь «замкнётся» через
диод и микроамперметр, и при этом микроамперметр даст
«отброс». Этот отброс пропорционален протёкшему по цепи
заряду, величина заряда определяется начальным магнит-
ным потоком катушки
F
=
L
·
I
0
=
L
·
U
0
/
r
, где
r
— сопротивле-
ние цепи, и сопротивлением
R
цепи с микроамперметром —
практически можно считать, что это сопротивление самого
микроамперметра: протёкший заряд определяется по форму-
ле
Q
=
F
/
R
=
L
·
U
0
/
(
R
·
r
).
Если наш микроамперметр уже отградуирован «на заряд»
по известному конденсатору, то индуктивность легко нахо-
дится. Обратим внимание на то, что напряжение батарейки
ни в одном из описанных опытов нам знать не понадобилось,
так что без вольтметра можно обойтись. Кстати, описанные
методы очень просты и вполне подходят для практического
использования.

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: