ćwiczenie nr 8b

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA
Temat:
Pojemność zastępcza układu.
Ładunek i energia kondensatora.
1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest utrwalenie umiejętności obliczania pojemności
zastępczej układu oraz obliczanie ładunku i energii kondensatora, na podstawie
wykonywanych pomiarów UC na poszczególnych elementach.
2. Schemat podstawowy układu pomiarowego (rys. 1)
Układ pomiarowy jest konfigurowany poprzez układ zworek SV1. W zależności
od ustawienia zworek, istnieje możliwość zmiany struktury układów, które przedstawiają
poszczególne schematy (rys. 2a-e). Wszystkie kondensatory mają taką samą pojemność
C=100µF/40V. Napięcie zasilające układ pomiarowy należy podłączyć do zacisków, zgodnie
z polaryzacją podaną na płytce ćwiczeniowej.
Układ pomiarowy dodatkowo zabezpieczony jest diodą półprzewodnikową D, która
zabezpiecza kondensatory elektrolityczne przed odwrotnym podłączeniem napięcia zasilającego,
co spowodowałoby uszkodzenie elementów układu.
Na schematach zworka została oznaczona jako ZW.
3. Schematy układu pomiarowego w zależności od położenia zworki /ZW/ (rys. 2)
Rys. 2a Układ pomiarowy bez zworki.
Rys. 2b Układ pomiarowy załączona zworka 1.
Rys. 2c Układ pomiarowy załączona zworka 2.
Rys. 2d Układ pomiarowy załączona zworka 3.
Rys. 2e Układ pomiarowy załączone zworki 1 i 3.
4. Układ ścieżek na płytce (rys. 3)
5. Rozmieszczenie elementów i podłączenie przyrządów pomiarowych (rys. 4)
5. Działanie układu
Układ edukacyjny służący do pomiarów ładunku i energii zgromadzonej w postaci pola
elektrycznego w kondensatorach zasilany jest napięciem stałym do 40V. Po podłączeniu zasilania
pobierany jest prąd nieprzekraczający 80mA w czasie, kiedy kondensatory są ładowane.
Przy podłączeniu napięcia zasilającego należy zwrócić baczną uwagę na polaryzację
napięcia
zasilającego.
Spadki
napięć
na
poszczególnych
blokach
kondensatorów
i na poszczególnych elementach mierzone są za pomocą odpowiednich sond pomiarowych, w jakie
wyposażone są uniwersalne przyrządy pomiarowe.
6. Polecenia do ćwiczeń
1. Podłącz układ pomiarowy do zasilania zgodnie z polaryzacją zacisków płytki ćwiczeniowej.
Wykonaj pomiary prądu ładowania bloku kondensatorów elektrolitycznych za pomocą
amperomierza analogowego i monitoruj za jego pomocą prąd upływu.
2. Ustaw wartość napięcia zasilającego zgodnie z wytycznymi nauczyciela prowadzącego
zajęcia laboratoryjne (np. 15V).
3. Ustaw zworkę-ki elementu konfiguracyjnego SV1, zgodnie z poleceniem nauczyciela,
wybierając strukturę układu pomiarowego.
4.
Narysuj schemat układu pomiarowego na kartce i oznacz spadki napięć na blokach
kondensatorów i poszczególnych elementach.
5. Oblicz pojemność zastępczą układu.
6. Wykonaj pomiary spadków napięć na kondensatorach w układzie pomiarowym.
7. Oblicz wartość ładunku zgromadzonego na poszczególnych kondensatorach wg wzoru:
Q=C.U.
8. Oblicz energię zgromadzoną na poszczególnych kondensatorach wg wzoru: WE=0,5.C.U2
9. Uzupełnij tabelę pomiarową:
Napięcie zasilające układ
Maksymalny prąd ładowania
Prąd upływu
UZ=……….
Imax=……….
Iup=……….
Lp
Oznaczenie
kondensatora
1
2
3
4
5
C1
C2
C3
…
CZ
Pojemność
kondensatora
C[µF]
Napięcie
na pojemności
U[V]
Ładunek
kondensatora
Q[mC]
10. Sformułuj wnioski do ćwiczenia uwzględniając:
- cele ćwiczenia,
- zastosowane przyrządy pomiarowe,
- zastosowane metody pomiarowe oraz analizę błędów pomiarowych,
- porównanie obliczeń i wyników pomiarów,
- trudności w przeprowadzeniu ćwiczenia,
- współpracę przy realizacji ćwiczenia,
- uwagi dotyczące realizowanego zadania, itp.
Energia
kondensatora
WE[J]
Włączenie zasilania badanych obwodów oraz urządzeń służących do przeprowadzenia badań może
zostać wykonane tylko za wyraźną zgodą prowadzącego zajęcia. Zgoda taka musi zostać uzyskana
przed każdym włączeniem zasilania.
W celu wykonania ćwiczenia przeprowadzić wszystkie czynności opisane w punkcie
6 „Polecenia”. Zaliczenie ćwiczenia dokonywane jest na podstawie oceny przebiegu prac w trakcie
zajęć oraz sporządzonego sprawozdania.
Na koniec zajęć należy przedstawić prowadzącemu zajęcia wyniki pracy i podsumować
zrealizowane ćwiczenie. Każdy uczeń oddaje swoje sprawozdanie w zeszycie format A4,
lub na papierze podaniowym w kratkę. Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia zawiera informacje
opisane w instrukcji: „Wskazówki do wykonania sprawozdania”.
KARTA PRACY
1.) Schemat układu pomiarowego. Oznaczenie spadków napięć na kondensatorach.
Obliczenie pojemności zastępczej układu.
2.) Wymagane obliczenia.
3.) Tabela pomiarowa.
Napięcie zasilające układ
Maksymalny prąd ładowania
Prąd upływu
UZ=……….
Imax=……….
Iup=……….
Lp
Oznaczenie
kondensatora
1
C1
2
C2
3
C3
4
C4
5
C5
6
C6
7
C7
8
C8
9
C9
10
C10
11
CZ
4.) Wnioski.
Pojemność
kondensatora
C[µF]
Napięcie
na pojemności
U[V]
Ładunek
kondensatora
Q[mC]
Energia
kondensatora
WE[J]