№15 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА
опыты и эксперименты по физике

№15 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Цель работы: определить электроёмкость плоского конденсатора. 

Оборудование: пластинки металлические (2 штуки); пластинка стеклянная; штангенциркуль; линейка.

Необходимые сведения

        Физическая величина, характеризующая способность проводников накапливать электрический заряд, называется электроёмкостью.

        Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между проводниками не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды.

Кроме того, ёмкость конденсатора зависит от свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет поле, то электроёмкость при наличии диэлектрика увеличивается: 

где ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Единицей электроёмкости в СИ является фарад.

        Конденсатор представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например, к полюсам батареи аккумуляторов. 

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Посмотрите, как выглядит конденсатор в собранном виде.
3.  Измерьте длину a и ширину b металлической пластины линейкой.
4.  Вычислите площадь металлической пластины (S = ab).
5.  С помощью штангенциркуля измерьте толщину стеклянной пластины.
6.  Примите диэлектрическую проницаемость стекла равной 10 и вычислите электроёмкость плоского конденсатора.

Содержание отчета.

Отчёт должен содержать:

1.  Название работы
2.  Цель работы
3.  Перечень используемого оборудования
4.  Задание
5.  Таблица с результатами измерений и вычислений
6. Ответы на контрольные вопросы:

• Обладают ли электроемкостью провода высоковольтных линий и подземные кабели? Почему?
• Как изменится электроемкость конденсатора, если: между пластинами конденсатора ввести диэлектрик; раздвинуть пластины; вносить различные диэлектрики (слюду, стекло, парафинированную бумагу)?
• Определить электроемкость плоского слюдяного конденсатора (в пикофарадах), состоящего из двух пластин площадью по 60 см2 каждая, расстояние между которыми 0,4 мм.
• Какой наибольший заряд можно сообщить плоскому слюдяному конденсатору, состоящему из двух пластин площадью 15 см2 каждая, при напряжении 2 кВ? Расстояние между пластинами 0,2 мм.
• Какова энергия конденсатора электроёмкостью 5 мкФ при напряжении на его обкладках 1000 В?
• Какой из двух конденсаторов обладает большей энергией, если их параметры: C1 = 2 мкФ, U1 = 10 В, C2 = 10 мкФ, U2 = 2 В.
• Плоский конденсатор подключен к аккумулятору. Если увеличить расстояние между обкладками конденсатора, то как изменяются: напряжённость поля; разность потенциалов; электроёмкость конденсаторов; энергия поля конденсатора?
• Имеются конденсаторы электроёмкостью по 300 пФ. Как их надо соединить и сколько надо взять конденсаторов, чтобы получить общую электроёмкость 75 пФ?
• Электроемкость конденсатора, подключенного к источнику постоянного напряжения 1000 В, равна 5 пФ. Расстояние между его обкладками уменьшили в n = 2 раза. Определите изменение заряда на обкладках конденсатора и энергии электрического поля.
•  Заряд конденсатора 4·10-8 Кл. Емкость конденсатора 10 пФ. Определите скорость, которую приобретает электрон, пролетая в конденсаторе путь от одной пластины к другой. Начальная скорость электрона равна нулю. Удельный заряд электрона е/m = 1,76·1011 Кл/кг.
• Изначально незаряженный конденсатор ёмкостью 0,5 мкФ заряжается в течение 10 с электрическим током, средняя сила которого за время зарядки равна 0,2 мА. Чему будет равна энергия, запасённая в конденсаторе к моменту окончания его зарядки?
• Четыре конденсатора одинаковой электроёмкости C = 25 пФ соединены так, как показано на схеме. Определите электроёмкость полученной батареи конденсаторов. Ответ выразите в пикофарадах.
•  Площадь грозового облака 2 км2, напряжённость электрического поля между облаком и землёй 106 В/м. Считая, что облако и поверхность Земли образуют плоский конденсатор, найдите, чему равен модуль электрического заряда этого облака?