A mérés célkitűzései: Kondenzátorok tulajdonságainak vizsgálata egyen- és váltakozó áramú körökben, kapacitív ellenállás mérése, az ezt befolyásoló tényezők vizsgálata. Eszközszükséglet: tanulói tápegység funkcionál generátor kondenzátorok, ellenállások digitális multiméterek stopper vezetékek középállású ampermérő 1. ábra Kísérleti eszközök Eszközismertető Ennél a mérésnél egy olyan tápegységet is fogunk használni, amely váltakozó feszültséget szolgáltat, de a feszültség nagyságán kívül a frekvenciát is tudjuk változtatni. 2. ábra Funkcionál generátor Ha változtatni szeretnéd a feszültség paramétereit, akkor a kijelző mellett található nyomó és tekerő gombok segítségével teheted ezt meg. 1. oldal
Ha a frekvenciát szeretnéd változtatni, akkor a nyomógombot a Freq. állásba kell kapcsolni (ezt a felirat mellett világító zöld LED mutatja), majd a tekerő gomb segítségévet tudod növelni vagy csökkenteni az értéket. Az aktuális frekvenciát a kijelzőről leolvashatod. Ha a feszültség nagyságát szeretnéd változtatni, akkor a nyomógombot az Ampl. állásba kell kapcsolni (ezt a felirat mellett világító zöld LED mutatja), majd a tekerő gomb segítségévet tudod növelni vagy csökkenteni az értéket. Ebben az esetben nem tudod leolvasni a kijelzőről a feszültség nagyságát, mert ott csak egy százalékos érték fog megjelenni. Balesetvédelmi figyelmeztetés Az elektromos eszközök szakszerűtlen használata életveszélyes! Az elkészített elektromos áramkör csak akkor helyezhető áram alá, ha előtte a laboratóriumi szaktanár megnézte azt! A mérés elméleti háttere Sok töltés kis helyen történő tárolására szolgáló eszköz a kondenzátor. Több fajtája létezik, legegyszerűbb a síkkondenzátor. Ez két egymással szemben álló, egyenlő területű fémlemez (un. fegyverzet), melyek közül az egyik le van földelve. Ha a másik fegyverzetre + Q töltést viszünk, akkor az elektromos megosztás miatt a leföldelt lemez ezzel ellentétes, - Q töltésű lesz. A fegyverzetek által létrehozott elektromos tér a kondenzátoron kívül kioltja egymást, így csak a kondenzátoron belül lesz számottevő térerősség. Síkkondenzátor kapacitását a következő képlettel lehet megadni: C = ε 0 ε r A d, ahol ε 0 : vákuum dielektromos állandója, ε r : a fegyverzetek közti teret kitöltő szigetelő anyag relatív dielektromos állandója, A: fegyverzet területe, d: fegyverzetek távolsága. A mérés menete 1. feladat Kondenzátor egyenáramú áramkörben Állítsd össze a 3. ábrán látható áramkört! Kezdetben a kapcsoló az 1-es helyzetben legyen. Amikor átkapcsolod a 2-es helyzetbe, indítsd el a stoppert is! Mit tapasztalsz?... 3. ábra 2. oldal
Kapcsold át a kapcsolót ismét az 1-es helyzetbe! Mit tapasztalsz?... Hogyan lehet értelmezni a tapasztalataidat?... Kondenzátor váltakozó áramú áramkörben 2. feladat Állítsd össze a 4. ábrán látható kapcsolást! A kapcsoló zárása után azt tapasztalhatod, hogy a váltakozó áramú ampermérő áramot jelez. Mi ennek a magyarázata?... 4. ábra 3. feladat Az 4. ábra szerinti elrendezés segítségével határozd meg az X C kapacitív ellenállás értékét: X c = U eff I eff. Változtasd a tápegység feszültségét, olvasd le a műszereket! Töltsd ki az 1. táblázatot! 1. táblázat 3. oldal
4. feladat Kapacitív ellenállás Vizsgáld meg, hogyan függ a kapacitív ellenállás értéke a váltakozó áram frekvenciájától! Végezd el az előző mérést úgy, hogy a feszültség nagyságát változatlanul hagyod, de a generátor frekvenciáját változtatod! Mérési eredményeidet írd be a 2. táblázatba! f (Hz) 2. táblázat Ábrázold a kapacitív ellenállást a frekvencia függvényében! 1. grafikon Milyen összefüggés van a kapacitív ellenállás és a frekvencia között?... 4. oldal
Állításodat igazold számolással is! 5. feladat Vizsgáld meg, hogyan függ a kapacitív ellenállás a kondenzátor kapacitásától! A generátor feszültségét és frekvenciáját állandónak tartva mérd meg az 1, 2, 6, és a 12 μf kapacitású kondenzátorok kapacitív ellenállásait! Töltsd ki a táblázatot! C (μf) 1 2 6 12 3. táblázat Milyen kapcsolat van a kapacitív ellenállás és a kapacitás között? Állításod igazold számolással is! Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mire lehet használni a kondenzátort? 2. Hogyan lehet növelni a síkkondenzátor kapacitását? 3. Milyen tényezőktől függ a kapacitív ellenállás? Felhasznált szakirodalom: Fizika 11., Mozaik kiadó, 2012 Szeged 5. oldal