А.В.ХЕЙЛО,
школа № 7, г. Старомарьевка, Ставропольский кр.

Измерение ёмкости и индуктивности

Лабораторные работы. 10-й класс

При нынешней утрате школами материальной базы перед учителями стоит довольно серьёзная задача: сохранить школьный курс физики экспериментальным. А для этого приходится «собирать» подходящие приборы для лабораторных работ по окрестным организациям и предприятиям. Так, мы выпросили у телефонистов измеритель линии «Ил-58» и поставили с ним две лабораторные работы.

ЛР1. «Измерение ёмкости конденсатора»

Оборудование: «Ил-58» (прибор 2-го класса точности), инструкция к нему, два конденсатора.

Указания к выполнению работы

1. По инструкции ознакомьтесь с порядком работы с прибором.

Измеритель линии «ИЛ-58»
Измеритель линии «ИЛ-58»

Инструкция к «Ил-58»

а) Тумблером «Сеть» включите прибор и дайте ему прогреться 5–10 мин.

б) К клеммам «R–Z» подключите конденсатор.

в) Переключатель пределов измерения установите в положение «Z1».

г) Тумблер «Измерения–калибровка» установите в положение «Калибровка».

д) Ручкой «Установка Z» установите стрелку прибора на специальную отметку на шкале прибора.

е) Тумблер «Измерения–калибровка» переключите в положение «Измерения» и произведите отсчёт по нижней шкале.

ж) Если стрелка прибора зашкаливает или прибор не калибруется, т.е. стрелка не устанавливается на отметку, переключите переключатель пределов измерения в положение «Z10», откалибруйте прибор и снимите показания. В этом случае показания прибора умножайте на 10. Полное сопротивление равно емкостному сопротивлению: Z = XC.

2. Определив ХС, воспользуйтесь формулой и определите ёмкость c конденсатора. Частота тока, протекающего через конденсатор, = 400 Гц.

3. Повторите измерения с другим конденсатором.

4. Данные измерений и расчётов занесите в табл. 1.

Таблица 1. Определение ёмкости конденсатора

Таблица 1

5. По формуле рассчитайте относительную погрешность.

По классу точности прибора, относительная погрешность прибора п = 0,02, относительная погрешность измерения XCи равна половине деления шкалы, т.е. 10 Ом.

 = 3,1416 – 3,14 = 0,0016 = 0,002.

Для второго конденсатора:

6. По формуле C = C определите абсолютную погрешность измерений:

C1 = 0,091•1,9•10–6 = 0,17•10–6  0,2•10–6 (Ф).

C2 = 0,074•1,3•10–6 = 0,096•10–6  0,1•10–6 (Ф).

7. Запишите результат в виде C = Cp ± C (где Cp – определённая ёмкость конденсатора).

Дополнительное задание

1. Соедините конденсаторы последовательно и определите ёмкость этой линии описанным выше способом. Результаты измерений и расчётов занесите в табл. 2.

Таблица 2. Ёмкость линии конденсаторов (последовательное соединение)

Таблица 2

2. Проверьте справедливость формулы и сделайте вывод.

3. Соедините конденсаторы параллельно и определите ёмкость батареи. Результаты измерений и расчётов занесите в табл. 3.

Таблица 3. Ёмкость батареи конденсаторов (параллельное соединение)

C1, Ф С2, Ф ХС, Ом С, Ф (С1 + С2), Ф
1,9•10–6 1,3•10–6 120 3,3•10–6 3,2•10–6

4. Проверьте справедливость формулы C = C1 + С2 и сделайте вывод.

ЛР2 «Измерение индуктивности катушки»

Оборудование: прибор «Ил-58», инструкция к «Ил-58», дроссельная катушка, ярмо от сердечника разборного трансформатора.

Указания к выполнению работы

1. По инструкции к «Ил-58» ознакомьтесь с порядком работы с прибором.

2. Подключив 2400 витков дроссельной катушки к выводам «R–Z» на «Ил-58», определите полное сопротивление этой части катушки.

Внимание! Так как активное сопротивление катушки меньше индуктивного более чем в 5 раз, то им можно пренебречь и считать Z = XL (см.: В.П.Демкович. Измерения в курсе физики средней школы. – М.: Просвещение, 1970).

3. Вставив ярмо в катушку, опять определите полное сопротивление катушки.

4. Вынув из катушки ярмо, подключите 3600 витков катушки к зажимам «R–Z» и определите её полное сопротивление.

5. Используя формулу XL = 2L, определите индуктивность катушки для каждого случая.

6. Результаты измерений и расчётов занесите в табл. 4.

Таблица 4. Определение индуктивности катушек

Таблица 4

7. По формуле рассчитайте относительную погрешность измерений для каждого случая:

8. По формуле L = L •  определите абсолютные погрешности измерений.

9. Запишите окончательный результат.

10. Сравнивая индуктивности катушек, сделайте вывод, от чего и как зависит индуктивность.

Методические указания

Сравнивая результаты опытов 1 и 2, делают вывод о зависимости индуктивности от среды (от её магнитных свойств).

Сравнивая результаты опытов 1 и 3, делают вывод о зависимости индуктивности от числа витков.

.  .