آزمایش اندازه گیری ظرفیت خازن مسطح:
تئوری آزمایش:
ظرفیت یک خازن از رابطه زیر بدست می آید:
که C ظرفیت خازن بر حسب فاراد ، Q بار خازن بر حسب کولن و V اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن بر حسب ولت است. حال ارتباط ظرفیت با مساحت صفحات (A) و فاصله بین دو صفحه (d) و ماده عایق بین صفحات برابر است با :
آزمایش اندازه گیری ظرفیت خازن مسطح:
تئوری آزمایش:
ظرفیت یک خازن از رابطه زیر بدست می آید:
که C ظرفیت خازن بر حسب فاراد ، Q بار خازن بر حسب کولن و V اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن بر حسب ولت است. حال ارتباط ظرفیت با مساحت صفحات (A) و فاصله بین دو صفحه (d) و ماده عایق بین صفحات برابر است با :
اگر فاصله صفحات در مقابل مساحت صفحات کوچک باشد ، میدان E مابین صفحات را میتوان همگن در نظر گرفت. k تغییرات ظرفیت را نسبت به خلا نشان می دهد.
در این آزمایش هدف این است که رابطه ظرفیت خازن با متغیرهای هندسی بررسی شود. خازن هایی در اختیار داریم که می توانیم در هر مرحله مساحت صفحات یا فاصله بین صفحات را تغییر داده و کمیت دیگر را ثابت نگه داریم و رفتار خازن را در این وضعیت بررسی کنیم . همچنین رفتار ظرفیت خازن با تغییر دی الکتریک بین صفحات آن را بررسی می کنیم . همانطوریکه در بالا گفته شد طبق رابطه ظرفیت خازن با مساحت صفحات آن رابطه مستقیم دارد و ما انتظار داریم که نمودار ظرفیت نسبت به مساحت حالت خطی پیدا کند و در مورد ظرفیت نسبت به دی الکتریک هم همین انتظار را داریم . اما ظرفیت با فاصله بین صفحات طبق فرمول نسبت عکس دارد و ما انتظار داریم که نمودار ظرفیت نسبت به فاصله صفحات حالت هارمونیک پیدا کند.
در آزمایش دوم هدف بررسی رفتار ظرفیت خازن معادل است وقتی حالت سری یا موازی داشته باشند و ولتاژ تغییر کند . وقتی دو خازن به طور موازی بسته می شوند ولتاژ بین آنها ثابت مانده و بار خازن معادل برابر با مجموع بار تک تک خازن ها می شود . با یک محاسبه ساده بدست می آید که :
اما وقتی دو خازن به طور سری به هم بسته شوند ، ولتاژ کل برابر با ولتاژ تک تک خازنها می شود در حالیکه بار خازنها با هم برابر می شود . باز هم با یک محاسبه ساده بدست می آید که:
شرح آزمایش :
آزمایش اول :
وسایل لازم برای این آزمایش عبارتند از :
منبع تغذیه 450 VDC ، خازن آزمایشی ، تقویت کننده الکترومتر ، دو عدد خازن 10nF که بصورت موازی بسته می شوند و در مدار قرار می گیرند ، دو عدد ولت متر در محدوده های U=0.8V و U<=300V و سوییچ .
ابتدا فاصله بین صفحات خازن آزمایشی بزرگ را با استفاده از فضاسازهای کوچک 6mm تنظیم کردیم و ولتاژ منبع تغذیه را روی 50V تنظیم کردیم. با استفاده از میله اتصال به زمین ، بار خازن را تخلیه کرده و سپس با استفاده از سوییچ ولتاژ منبع تغذیه را به خازن اعمال کردیم و با سوییچ کردن روی مدار الکترومتر ، بار خازن را اندازه گیری کردیم. سپس ولتاژ منبع تغذیه را 50V بالا بردیم و پس از خالی کردن بار خازن و انجام مراحل فوق ، بار آن را اندازه گرفتیم و این کار را تا 300V تکرار کرده و نتایج را یادداشت کردیم. سپس همین کار را در مورد خازن کوچک انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم.
سپس فضاسازها را ازبین صفحات خازن بزرگ برداشته و بین صفحات آن دی الکتریک پلی استرین را قرار داده و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 50V و تکرار مراحل بالا بار خازن را اندازه گرفتیم . سپس ولتاژ را 50V اضافه کرده و بار خازن را اندازه گرفتیم و این کار را تا ولتاژ 250V تکرار کرده و نتایج را یادداشت کردیم . سپس عایق پلی استرین را برداشته و جای آن شیشه گذاشتیم و با تنظیم ولتاژ روی 20V بار خازن را اندازه گرفتیم و این کار را با اضافه کردن 20V در هر مرحله تا 100V انجام دادیم و نتایج را یادداشت کردیم.
سپس عایق را از بین صفحات برداشته و با استفاده از فضاساز ها فاصله بین صفحات را 1mm تنظیم کردیم و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 250V بار خازن را اندازه گرفتیم و با استفاده از رابطه ظرفیت خازن را برحسب pF محاسبه کرده و یادداشت کردیم . سپس با ثابت نگه داشتن ولتاژ این کار را برای فاصله بین صفحات 1mm ، 2mm ، 3mm ، 4mm و 6mm تکرار کردیم .
آزمایش دوم:
ابتدا فاصله بین صفحات خازن ها را 6mm قرار داده و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 50V ابتدا خازن ها را به صورت موازی بسته و با استفاده از الکترومتر بار خازن معادل را اندازه گرفتیم و این کار را با اضافه کردن 50V در هر مرحله تا 150V انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم و همین کار را برای اتصال سری انجام دادیم و با استفاده از رابطه بالا ظرفیت خازن معادل را برای هر مرحله پیدا کرده و با هم مقایسه کردیم.
محاسبات آزمایش:
آزمایش اول:
الف:
|
|
V(V) |
Q(big)(nC) |
Q(small)(nC) |
V^2 |
VQ(big) |
VQ(small) |
|
start of coordinate |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
50 |
16 |
12 |
2500 |
800 |
600 |
|
|
100 |
34 |
24 |
10000 |
3400 |
2400 |
|
|
150 |
52 |
36 |
22500 |
7800 |
5400 |
|
|
200 |
70 |
46 |
40000 |
14000 |
9200 |
|
|
250 |
88 |
58 |
62500 |
22000 |
14500 |
|
|
300 |
106 |
68 |
90000 |
31800 |
20400 |
|
SUM |
1050 |
366 |
244 |
227500 |
79800 |
|
آمار مطالب
آمار کاربران
کاربران آنلاین
آمار بازدید
