ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ КОНДЕНСАТОРА

Цель работы: уяснить влияние физических параметров плоского конден­сатора на его электрическую емкость.

Порядок выполнения работы

1. Определить площадь S пластин (обкладок) и расстояние между ними d для воздушного конденсатора (рис. 20.1) емкостью С, рассчитанного на работу при номинальном напряжении U_н. При этом должен быть обеспечен запас электрической прочности К (табл. 20.1).

1.1. Допустимая напряженность электрического ноля между пластинами кон­денсатора с учетом необходимого запаса электрической прочности диэлектрика:

E_доп = E_пр/К = 3/3 = 1 кВ/мм,

где Е_пр — пробивная напряженность, для воздуха Е_пр = 3 кВ/мм (Прило­жение 6).

К— коэффициент запаса электрической прочности (табл. 20.1).

1.2. Расстояние между пластинами конденсатора:

d = U_н/E_доп = 2/1=2 мм.

1.3. Определить площадь пластин конденсатора. Так как С = ε_а S/d, то:

S= Cd/ε_а = 300 • 10^-12 • 2 • 10^-3/8,85 • 10^-12 = 67,8 • 10^{-3 м2} = 678 см²,

где ε_а — абсолютная диэлектрическая проницаемость, для воздуха ε_а = ε₀ = 8,85 • 10^-12 Ф/м.

2. Определить, как изменятся размеры конденсатора той же емкости, если в качестве диэлектрика использовать другой, согласно заданию (в варианте «0» электрокартон: ε = 4; E_пр = 9 кВ/мм), с тем же запасом прочности.

2.1. Допустимая напряженность электрического поля конденсатора с элек­трокартоном

E_доп = Е_пр/К = 9/3 = 3 кВ/мм.

2.2. Расстояние между пластинами конденсатора (толщина электрокартона)

d = U_н/E_доп = 2/3 = 0,67 мм.

2.3. Площадь пластин конденсатора

S= 300 • 10^-12 • 0,67 • 10^-3/4 • 8,85 • 10^-12 = 5,65 • 10^-3 м² = 56,5 см².

Таким образом, у конденсатора той же емкости с электрокартоном в каче­стве диэлектрика размеры уменьшились: d в 3 раза, S в 12 раз.

2.4. Следует обратить внимание на соотношение размеров двух плоских конденсаторов одинаковой емкости с разными диэлектриками:

d₂ = d₁ * Е_пр1/Е_пр2,

т.е. расстояния между пластинами конденсаторов обратно пропорциональ­ны электрической прочности их диэлектриков (пробивной напряженности E_пр).

S₂=S₁E_пр1ε₁/(E_пр2ε₂)

т.е. площади пластин конденсаторов обратно пропорциональны произве­дениям пробивной напряженности на относительную диэлектрическую прони­цаемость диэлектриков.

Пользуясь этим соотношением, определить размеры конденсатора с изме­ненным диэлектриком:

d = d₁E_пр1/E_пр2 = 2 • 3/9 = 0,67 мм;

S=S₁E_пр1 ε₁ /(E_пр2ε₂) = 678 • 3 • 1/(9 • 4) = 56,5 см².

Размеры полнились такие же, как в п. 2.3.

3. Определить, как изменится емкость конденсатора, размеры которого определены в п. 1, если промежуток между пластинами заполнить другим диэлектриком (в примере — слюда), т.е. d = 2 мм; S = 67,8 • 10 ^-3 м²; ε = 6,5; ε_а = 6,5 • 8,85 • 10^-12 = 57,52 • 10^-12 Ф/м.

3.1. Емкость конденсатора со слюдой

С = ε_aS/d = 57,52 • 10^-12 • 67,8 • 10^-3/2 • 10^-3 = 1950 • 10^-12 = 1950 пФ.

При замене воздуха в качестве диэлектрика на слюду емкость конденсато­ра увеличилась в 6,5 раз, т.е. во столько, во сколько диэлектрическая проницае­мость данного диэлектрика больше проницаемости воздуха.

3.2. Запас электрической прочности такого конденсатора при заданном U_H

К = Е_пр/Е_н = 80/1 = 80,

где E_пр — пробивная напряженность (электрическая прочность) слюды, Е_пр = 80 кВ/мм (Приложение 6);

Е_н— напряженность электрического поля конденсатора при номинальном напряжении Е_н = U_н/d = 2/2= 1 кВ/мм.

Выводы: пояснить, что такое электрическая емкость конденсатора; ее за­висимость от физических параметров конденсатора; электрическая прочность диэлектрика, виды пробоя.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 434; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!