مطالعه ظرفیت خازن و تاثیر ضریب دی‌الکتریک در آن
بررسی ظرفیت خازن و اندازه‌گیری ضریب دی الکتریک هوا و چند نمونه‌ی دیگر
منظور آزمایش:
بررسی عوامل موثر در ظرفیت خازن های تخت و اندازه‌گیری ضریب دی‌الکتریک هوا و چند نمونه‌ی دیگر مانند: شیشه، فیبر.
کف‌پوش و ...
وسایل مورد نیاز:
1 خازن تخت با فاصله‌ی قابل تنظیم
2 ولت‌سنج
3 آمپرسنج
4 دستگاه نوسانساز
5 ورقه شیشه‌ای (35×30)
6 ورقه ی فیبر (35×30)
7 ورقه کف‌پوش (35×30)
مقدمه آزمایش:
خازن از دو صفحه‌ی رسانا تشکیل شده که بین آنها هوا یا عایق دیگری قرار گرفته است. هر صفحه را جوشن می‌نامند که ممکن است استوانه‌ای تخت، کره‌ای و... باشد اگر به دو سر خازن جریان وصل کنیم، به مدت کمی جریان وصل می‌شود و صفحه‌ها باردار می‌شوند و وقتی اختلاف پتانسیل دو سر خازن با دو سر باتری برابر شد جریان قطع می‌شود. مقدار باری که در این مدت روی صفحات جمع می‌شود با هم برابر و مختلف‌العلامه‌اند اگر باتری را خارج کنیم بارهای صفات باقی می‌ماند. نتایج آزمایش نشان می‌دهد بین بار ذخیره شده و پتانسیل دوسر خازن ارتباط مستقیم است:
که C0 را ظرفیت خازن می‌نامیم. اگر q را با کولن و V0 را با ولت بسنجیم، واحد C فاراد می‌شود که به علت بزرگ بدن واحدش از پیکویا میکرو فاراده استفاده می‌شود.
در خازن C0 از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:
(II)
که A مساحت مشترک جوشنها (m2)، d فاصله‌ی جوشنها (m) و ضریب گذردهی خلاء است که اگر بین صفحات خلاء باشد مقدارش برابر که تقریباً برابر ضریب گذردهی هواست.
وقتی بین صفحات بار جمع شده است بیتها میدان الکتریکی E0 به وجود می‌آید که داریم:
(III)
(IV)
اکنون اگر فضای بین دو صفحه را با جسمی نارسانا پرکنیم آن جسم تحت تأثیر میدان و بارهای دیواره‌ها قرار خواهد گرفت و بارهای + و - آن به اطراف کشیده می‌شوند و در هر طرف نارسانا بار َq جمع می‌شود به واسطه‌ی وجود این بارها میدان دیگری به نام َE هم در داخل صفحات ایجاد می‌شود که اختلاف پتانسیل َr می‌دهد:
(V)
(VI)
و چون Eها در خلاف جهت هم هستند با هم خنثی می‌شود و E درون صفحات و اختلاف پتانسیل دوسر خازن کم می‌شود و روابط III و II به صورت زیر می‌شوند:
(VII)
(VIFF)
پس نتیجه می‌گیریم که ظرفیت خازن زیاد شده به C رسیده است. پس اگر E0 را زیاد کرده باشیم این اتفاق می‌افتد. چون A و d ثابت که E ضریب ثابتی است و به جنس عایق بستگی دارد. کمیت
در الکتریک نارسانا گویند وجود عایق را دی‌الکتریک می‌نامند و برای محاسبه‌ی آن برای دقت بیشتر از جریان متناوب استفاده می‌شود. در جریان متناوب بار صفحات به سرعت و مرتباً عوض می‌شوند و با جاری شدن بارها جریان ایجاد می‌شود:
و حداکثر جریان برابر است با:
که در رابطه‌ی فوق مقاومت ظاهر می‌نامند و با Xc نشان می‌دهند.
(XI)
(XII)
اگر ظرفیت را جایگذاری کنیم خواهیم داشت:
روش آزمایش:
1 مدار را به شکل مقابل می‌بندیم:
2 فاصله‌ی جوشنها را ثابت برابر 1 میلی‌متر می‌گیریم و بسامد
نوسانساز را تغییر میدهیم از 3000 تا 10000 و Iهای مختلف را یادداشت می‌کنیم. (جدول1)
3 در تمام این مدت سعی می‌کنیم ولتاژ را روی مقدار ثابت 2 نگه‌داریم.
4 برحسب اعداد بالا در جدول (1) نمودار (1) را رسم می‌کنیم.
5 این بار بسامد نوسانساز را روی2000Gz تنظیم می‌کنیم و فاصله‌ی جوشنها را از 0.4 تا 4 میلی‌متر تغییر میدهیم و Iهای مختلف را می‌نویسیم (جدول 2). (فاصله‌ها به کمک خط‌کش و زینتر تنظیم می‌شوند). و در این مدت ولتاژ را دوباره ثابت نگاه می‌داریم.
6 برحسب جدول دوم نمودار 2 را می‌کشیم.
7 بسامد را روی 20000 هرتز قرار دهید و ولتاژ را روی I قرار میدهیم و آن را ثابت نگاه می‌داریم، شدت جریان را اندازه می‌گیریم. به کمک اطلاعات E0 را محاسبه می‌کنیم.
8 اجسام نارسانا مانند شیشه و.... را بین صفحات می‌گذاریم و طوری فاصله‌ی جوشنها را تنظیم می‌کنیم که فاصله‌ای بین صفحه‌ها و ورقه نماند اکنون دوباره شدت جریان را اندازه می‌گیریم.
(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است)