Измерение_электроемкости_конденсатора

1.

Измерение электроёмкости конденсатора
Технические устройства и практическое применение: электроскоп, электрометр,
электростатическая защита, заземление электроприборов
Автор: Ермоленко Александр
Группа: 11РПо8681
1

2.

План презентации
1
Электроёмкость и конденсатор
5
Электроскоп и электрометр
2
Основные формулы
6
Электростатическая защита
3
Методы измерения ёмкости
7
Заземление электроприборов
4
Измерение по разряду RC-цепи
8
Применение конденсаторов
2

3.

Электроёмкость
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Электроёмкость — физическая величина, характеризующая способность
проводника или системы проводников накапливать электрический заряд
при заданном напряжении.
Формула
Единица
От чего зависит
C = q / U — отношение
заряда к напряжению
1 фарад (Ф) = 1 Кл / 1 В.
Чаще: мкФ, нФ, пФ
От размеров, формы и
диэлектрика, но не от q и
U
3

4.

Конденсатор: устройство и виды
Устройство
По форме обкладок
Две проводящие обкладки, разделённые
слоем диэлектрика
Плоские, цилиндрические, сферические
По диэлектрику
По ёмкости
Воздушные, бумажные, керамические,
плёночные, электролитические
Постоянные, переменные и
подстроечные (в радиотехнике)
4

5.

Основные формулы
Плоский конденсатор
Энергия поля
C = ε0·ε·S / d
W = C·U² / 2
S — площадь обкладок, d — расстояние между
ними
Энергия растёт с ёмкостью и квадратом
напряжения
Параллельное соединение
Последовательное соединение
C = C1 + C2 + …
1/C = 1/C1 + 1/C2 + …
Ёмкости складываются
Общая ёмкость меньше наименьшей
5

6.

Методы измерения ёмкости
1
2
3
4
5
По заряду и напряжению
Измеряют q и U, затем C = q / U (баллистический гальванометр)
Мостовой метод
Мост переменного тока уравновешивают и сравнивают с эталоном
По разряду RC-цепи
Измеряют постоянную времени τ = R·C
Резонансный метод
Ёмкость находят по частоте LC-контура
Цифровой LCR-метр
Прибор показывает ёмкость сразу, удобен на практике
6

7.

Измерение по разряду RC-цепи
1
2
3
4
Зарядить конденсатор
До известного напряжения U0
Подключить резистор R
Конденсатор разряжается через известное R
Измерить время
Засечь время t, за которое U упадёт до U0/e (≈ 37%)
Вычислить ёмкость
τ = t, C = τ / R
Закон разряда: U = U0·e^(−t / RC)
7

8.

Практика измерения
Порядок измерения
Источники погрешности
• Отключить конденсатор от схемы
• Ёмкость проводов и щупов
• Полностью разрядить его
• Утечка и потери в диэлектрике
• Выбрать режим измерения ёмкости
• Допуск самого конденсатора (до
±20%)
• Соблюдать полярность электролитов
• Считать показание и учесть
погрешность
• Влияние температуры и частоты
• Остаточный заряд на обкладках
8

9.

Электроскоп
Устройство
Принцип
Что показывает
Металлический стержень
с двумя лёгкими
лепестками в стеклянном
корпусе
Одноимённые заряды
отталкиваются, лепестки
расходятся
Наличие заряда, его знак
и примерную величину
Важно: электроскоп даёт только качественную оценку, точно измерить заряд он не может.
9

10.

Электроскоп и электрометр
Электроскоп
Электрометр
• Лепестки отталкиваются друг от друга
• Стрелка отклоняется на шкале
• Оценка заряда «на глаз»
• Измеряет напряжение (разность
потенциалов)
• Простое устройство для опытов
• Высокое входное сопротивление
Применение электрометра: измерение малых зарядов и напряжений
10

11.

Электростатическая защита
ПРИНЦИП
Внутри замкнутой проводящей оболочки (экрана Фарадея) электрическое поле
равно нулю, а заряды располагаются на внешней поверхности.
Кабели
Экранированная
оплётка защищает
от помех
Корпуса
приборов
Металлический
корпус экранирует
электронику
Транспорт
Упаковка
Кузов автомобиля и
самолёта при ударе
молнии
Пакеты-экраны для
микросхем
11

12.

Заземление электроприборов
1
2
3
4
Защитное заземление
Корпус прибора соединён с землёй, ток пробоя уходит в землю
Контакт PE в розетке
Заземляющий провод — жёлто-зелёный
УЗО и автомат
Отключают питание при утечке тока или перегрузке
Отвод статики
Заземление снимает заряд (АЗС, антистатический браслет)
12

13.

Применение конденсаторов
Фильтры питания
Колебательные контуры
Пуск двигателей
Сглаживают пульсации
напряжения
Настройка
радиоприёмников и
генераторов
Фазосдвигающие
конденсаторы
Фотовспышка,
дефибриллятор
Сенсорные экраны
Ионисторы
Реакция на изменение
ёмкости
Суперконденсаторы:
накопление энергии,
электротранспорт
Быстрая отдача
накопленной энергии
13

14.

Выводы
1
2
Ёмкость
C = q / U, зависит от геометрии и диэлектрика
Измерение
Мост, RC-разряд, резонанс, LCR-метр
Приборы
3
4
Электроскоп — качественно, электрометр — измеряет
напряжение
Спасибо за
внимание!
Ермоленко Александр
11РПо8681
Защита
Экранирование и заземление обеспечивают безопасность
14