陈锦华
(福建省福安市第三中学 355002)
用恒流源给电容器充电,测量充电电流I、充电时间t及充电结束后电容器的电压U.由于恒流源可以保持充电过程中的I不变,因此利用公式Q=It可以方便地计算出电容器所带的电荷量Q.多次实验,得到不同U情况下所对应的Q,由此可以定量探究Q与U的比值关系.
图1是恒流源的原理图,其电路简单、成本低廉,适合自制使用.器材说明如下:
(1)4.5V电源采用3节干电池串联;
(2)R1是“330R1/4W”的碳膜电阻;
(3)R2是“16kΩ1/4W”的碳膜电阻;
(4)S8050是一种常见的小功率三极管;
(5)TL431A是一种常见的三端精密稳压管,正常工作时其1、2管脚间的稳压值为2.5V;
(6)A+、B-是两个接线柱,作为恒流源输出端.
1.实验电路及器材
实验电路如图2所示,恒流源通过A+、B-两接线柱给电路供电,其中C是标称值为“16V1000μF”的电解电容器.
2.实验步骤
(1)按图2连接好实验电路,S1和S2开始时都处于断开状态;
(2)闭合S1开始充电,同时按下秒表开始计时,并读出微安表的电流值I;
(3)在充电结束前断开S1停止充电,同时按停秒表;
(4)用数字电压表测量电容器的电压U,并读出秒表上的充电时间t;
(5)闭合S2使电容器放光电荷,然后再断开S2;
(6)改变充电时间,多次实验,将每次实验的t、I和U的数值记录到表1中.
表1
3.数据处理和实验结论
用电压表测量电容器的电压时,电容器会通过电压表放电,使得电压的测量值小于真实值而造成测量误差.为了减小测量误差,必须做到以下三点要求:①电容器的电容要足够大,建议用不小于1000μF的电解电容器;②电压表的内阻R要足够大,数字电压表的内阻可达10MΩ、甚至更大,可以满足要求.不要采用指针式电压表,因为指针式电压表的内阻相对很小;③测量电压时,测量时间要尽可能短.因为测量时间通常才几秒,故测量时间远小于放电的时间常数,因此测量时放电的电荷量极少,由于放电造成的测量误差可以忽略不计.