Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на конденсаторі

Під час виконання досліду ми вивчаємо залежність сили змінного струму на конденсаторі від напруги за умови сталої частоти та від частоти за умови сталої напруги.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Electrolytic capacitor

конденсатор(на 10 мкФ)

wires

з’єднувальні провідники

Multimeter

мультиметри(2 шт.)

Дослід можна провести й з одним мультиметром, але для більшої наочності варто використати два — взявши додатковий мультиметр з іншого набору.

Перевіряємо:

 конденсатор чинить змінному струму доволі значний ємнісний опір, що зумовлений періодичним процесом зарядки/розрядки конденсатора; закон Ома для змінного струму і для кола з ємнісним опором має вигляд:

Illustration

де I — сила струму, U — напруга на контактах конденсатора та Z — ємнісний опір конденсатора (імпеданс); ємнісний опір конденсатора залежить від його ємності та частоти струму:

Illustration

де ω — циклічна частота, C — ємність конденсатора, V — частота струму; таким чином, зі збільшенням напруги змінного струму на конденсаторі за постійної його частоти чи частоти струму за постійної напруги, сила струму у колі збільшується.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.
2. Складаємо електричне коло за схемою:

circuit

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.4. Замкнемо коло та звертаємо увагу на виміри мультиметрів: фіксуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах конденсатора.5. Поступово збільшуємо напругу на джерелі живлення до 3 В не змінюючи частоту змінного струму. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням напруги на контактах конденсатора сила струму у колі збільшується.6. На основі отриманих даних будуємо графік залежності сили струму у колі з одним конденсатором від прикладеної напруги (за умови сталої частоти змінного струму 500 Гц):

graph

7. 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.8. Поступово збільшуємо частоту струму зі 500 до 1000 Гц, звертаємо увагу на покази мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням частоти струму, за сталих значень напруги, сила струму у колі з конденсатором збільшується.9. На основі отриманих даних будуємо графік залежності сили струму у колі з одним конденсатором від частоти змінного струму (за умови сталої напруги 1 В):

graph

Висновок:

Під час виконання досліду ми вивчили залежність сили змінного струму на конденсаторі від напруги за умови сталої частоти та від частоти за умови сталої напруги. Так ми з’ясували, що в обох випадках, зі зростанням напруги чи частоти змінного струму, його сила на конденсаторі зростає.