Laboratorium Technische Physik:
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TPH1-LB Kapazität 01.2000 Kapazität 1 Lernziel Mit der Durchführung der Übung vertieft der/die Studierende sein Verständnis der physikalischen Größe Kapazität und ihrer Geometrie- und Materialabhängigkeit. Er/sie lernt experimentelle Methoden zur Bestimmung von Kapazitäten anzuwenden und misst das Verhalten kapazitiver Bauelemente im Wechselstromkreis. 2 Vorbereitung Vorlesungen "Technische Physik" und "Übertragungstechnik" Lehrbücher zum Thema Kapazität im Wechselstromkreis, kapazitiver Blindwiderstand. 3 Übungsdurchführung 3.1 Entladekurve Entladung eines auf eine Gleichspannung U 0 geladenen Elektrolytkondensators (ca. 2200F ; Polarität und Spannungsbelastbarkeit beachten) über einen Widerstand R. Überschlagen Sie, wie groß R sein muss, dass mit dem gegebenen Kondensator die Zeitkonstante = R*C ca. 100s beträgt und wählen Sie aus den vorhandenen Widerständen einen passenden aus. Messen Sie mit dem Voltmeter PeakTech4010 die exponentiell abfallende Spannung U U e t / in kurzen 0 Zeitabständen. (10MΩ Innenwiderstand des Voltmeters ist ausreichend hoch, um vernachlässigt zu werden) Erfassen Sie die Messreihe in Tabellenform und zeichnen Sie die Messwerte in ein U-t-Diagramm ein. (Excel) . n Zeit t s Spannung U Volt MBU Volt ln(U) - Markieren Sie den Spannungswert bei Abfall auf U 1e * U 0 ; die Zeit an diesem Punkt entspricht ; bestimmen Sie daraus die Kapazität des Kondensators. Legen Sie eine Tangente an die Kurve im Punkt U0/t0. Zu welcher Zeit schneidet diese Tangente die Abszisse? Um das exponentielle Verhalten in ein lineares überzuführen, formen Sie die Exponentialgleichung in eine Geradengleichung um. => y = k*x + d Also : 1 ln( U) * t ln( U 0 ) Tragen sie nun die logarithmischen Werte ln U über der Zeit t ein. In dieser Darstellung sollten die Messpunkte auf einer Geraden liegen. Lassen Sie Excel eine Ausgleichsgerade einzeichnen und bestimmen Sie aus der angezeigten Geradengleichung die Zeitkonstante R C und daraus wiederum die Kapazität des Kondensators. 3.2 Wechselstromwiderstand Bestimmung der Kapazität eines Kondensators durch Strom- und Spannungsmessung: Skizze und Aufbau der Schaltung. Verwenden Sie einen Folienkondensator und die vorhandenen Funktionsgeneratoren. Messung des Stromes bei ca. 10 verschiedenen Wechselspannungen, 1 kHz. Spannungs-Belastbarkeit des Kondensators beachten! Grafische Darstellung der I-U-Kennlinie. Bestimmen Sie die Kapazität aus der Steigung der Ausgleichsgeraden im I-U-Diagramm ( I U C ). 3.3 Direkte Kapazitätsmessung mit Vielfachinstrument Vertraut machen mit den Funktionen des Vielfachinstruments an Hand der Bedienungsanleitung. Messung der Kapazität eines vorgegebenen Kondensators nach diesen Anweisungen. Haiml TKS-B FH-Salzburg 1/2 TPH1-LB Kapazität 01.2000 3.4 Messung mit der Universal-Meßbrücke (Nach Maßgabe der Möglichkeiten) Kennenlernen einer RLC-Messbrücke an Hand der Betriebsanleitung Vermessen Sie einen Kondensator mit der RLC-Messbrücke. 3.5 Frequenzabhängigkeit des kapazitiven Blindwiderstandes (Für die schnelleren Experimentatoren nach Maßgabe der Zeit) Bestimmen Sie den Wechselstromwiderstand eines Folienkondensators bei ca. 10 verschiedenen Frequenzen. Verwenden Sie dazu einen Frequenzgenerator und Digitalmultimeter zur Strom- und Spannungsmessung. Um verlässliche Messwerte zu erhalten, überschreiten Sie nicht die auf den Messgeräten angegebenen Frequenzbereiche. Tragen Sie die ermittelten Scheinwiderstandswerte in ein Diagramm Z über f ein. Lassen Sie dazu eine Trendlinie (Potenzfunktion 2. Ordnung) errechnen und stellen Sie die Gleichung der Ausgleichskurve dar. Werden die Messwerte gut durch die Funktion für reinen kapazitiven Blindwiderstand polynominale Trendlinie geeignet? Ermitteln Sie aus der Potenzfunktion y a x b (hier mit y Z, a 1 , 2 C x f, X f 1 beschrieben? Ist eine b 1 ) die Kapazität. 4 Überlegungen Wie könnten Sie den Wert eines Elektrolytkondensators mittels Wechselstromwiderstandsmessung bestimmen, ohne ihn durch periodische Falschpolung zu schädigen? Was bewirkt die Serienschaltung bzw. Parallelschaltung von Kondensatoren im Wechselstromkreis? Haiml TKS-B FH-Salzburg 2/2
