Kapacitív ellenállás összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre
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.
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal
Kapacitív ellenállás összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre
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 figyel meztetés 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 = 𝜀0 ∙ 𝜀𝑟 ∙
𝐴 𝑑
, ahol ε0: vákuum dielektromos állandója, εr: 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
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 2. oldal
Kapacitív ellenállás összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre
Kapcsold át a kapcsolót ismét az 1-es helyzetbe! Mit tapasztalsz? ............................................... ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. Hogyan lehet értelmezni a tapasztalataidat? .................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. Kondenzátor vált akozó 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 XC kapacitív ellenállás értékét: 𝑋𝑐 =
𝑈𝑒𝑓𝑓 . 𝐼𝑒𝑓𝑓
Változtasd a tápegység feszültségét, olvasd le a műszereket! Töltsd ki az 1. táblázatot! U (V) I (A) XC (Ω) 1. táblázat
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 3. oldal
Kapacitív ellenállás összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre
4. feladat 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! U (V) f (Hz) I (A) XC (Ω) 2. táblázat
Ábrázold a kapacitív ellenállást a frekvencia függvényében!
1. grafikon
Milyen összefüggés van a kapacitív ellenállás és a frekvencia között? .......................................... .............................................................................................................................................................
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 4. oldal
Kapacitív ellenállás összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre
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! U (V) C (μF) I (A) XC (Ω)
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
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 5. oldal
