Послідовне і паралельне з’єднання конденсаторів


Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії
Джерело струму
З’єднувальні
провідники
Конденсатор (2 шт. 10 мкФ)
Мультиметр (2 шт.)

Переконуємося, що:

1
- Конденсатор чинить змінному струму доволі значний ємнісний опір, що зумовлений періодичним процесом зарядки/розрядки конденсатора.
2
- Закон Ома для змінного струму і для кола з ємнісним опором має вигляд: I = U/Z, де I - сила струму, U - напруга на контактах конденсатора та Z - ємнісний опір конденсатора (імпеданс).
3
- Ємнісний опір конденсатора залежить від його ємності та частоти струму: Z = 1 / ωC = 1 / 2πVC, де ω - циклічна частота, C - ємність конденсатора, V - частота струму.
4
- Таким чином, із збільшенням напруги змінного струму на конденсаторі чи його частоти сила струму у колі збільшується.
5
- Таким чином, із збільшенням напруги змінного струму на конденсаторі чи його частоти сила струму у колі збільшується.
6
- При послідовному з’єднанні двох конденсаторів їхні імпеданси додаються: Z= Z+ Z2 де Z - загальний імпеданс кола.
7
- При паралельному з’єднанні двох конденсаторів загальний опір кола розраховується з наступної формули: 1/Z = 1/Z+ 1/Z2, однак, для рівних ємностей, він дорівнює половині імпедансу одного конденсатора..

Хід досліду:

1
1.  Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.
2
2.  Складаємо електричне коло за схемою:
1
3.  Знімаємо один з провідників з клеми джерела живлення, тим самим тимчасово розриваємо коло. Увімкнемо блок живлення та встановимо на ньому змінний струм з вихідною напругою 0,5 В та частотою 500 Гц. Також увімкнемо мультиметри та переведемо їх у режим вимірювання змінного струму.
2
4.  Замкнемо коло та звертаємо увагу на виміри мультиметрів: фіксуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах послідовно з’єднаних конденсаторів.
3
5.  Поступово збільшуєм напругу на джерелі живлення до 3 В не змінюючи частоту змінного струму. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів. Також звертаємо увагу, що із збільшенням напруги на контактах конденсаторів сила струму у колі незначно збільшується. Порівнюємо отримані значення з результатами досліду з одним конденсатором.
4
6.  Зменшимо на джерелі живлення вихідну напругу до 1 В. Фіксуємо значення сили струму у колі за цієї напруги та за частоти змінного струму 500 Гц.
5
7.  Поступово збільшуємо частоту струму зі 500 до 1000 Гц, звертаємо увагу на покази мультиметрів. Також звертаємо увагу, що із збільшенням частоти струму, за сталих значень напруги, сила струму у колі також збільшується. Порівнюємо отримані значення з результатами досліду з одним конденсатором.
6
8.  Складаємо нове електричне коло за схемою:
1
9.  Встановлюємо на блоці живлення змінний струм з вихідною напругою 0,5 В та частотою 500 Гц. Замкнемо коло. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів: фіксуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах паралельно з’єднаних конденсаторів.
2
10.  Поступово збільшуєм напругу на джерелі живлення до 3 В не змінюючи частоту змінного струму. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів. Також звертаємо увагу, що із збільшенням напруги на контактах конденсаторів сила струму у колі збільшується. Порівнюємо отримані значення з результатами досліду з одним конденсатором та з даними отриманими для послідовно з’єднаних конденсаторів.
3
11.  Зменшимо на джерелі живлення вихідну напругу до 1 В. Фіксуємо значення сили струму у колі за цієї напруги та за частоти змінного струму 500 Гц.
4
12.  Поступово збільшуємо частоту струму зі 500 до 1000 Гц, звертаємо увагу на покази мультиметрів. Також звертаємо увагу, що із збільшенням частоти струму, за сталих значень напруги, сила струму у колі суттєво збільшується. Також порівнюємо отримані дані з іншими дослідами.
5
13.  На основі отриманих даних для кола з послідовно та паралельно з’єднаними конденсаторами, а також за даними для одного конденсатора (дослід 160.20), будуємо графіки залежності сили струму у колі від напруги змінного струму (за сталої частоти 500 Гц):
1
14.  На основі отриманих даних для кола з послідовно та паралельно з’єднаними конденсаторами, а також за даними для одного конденсатора (дослід 160.20), будуємо графіки залежності сили струму у колі від частоти змінного струму (за сталої напруги 1 В):

Висновок:

1
Таким чином, під час виконання досліду ми вивчили залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних конденсаторах від напруги та частоти змінного струму. Порівнявши отримані результати з даними для одного конденсатора ми переконалися, що при послідовному з’єднанні конденсаторів загальний імпеданс кола дорівнює сумі імпедансів конденсаторів, а при паралельному - половині імпедансу одного конденсатора.