Навчальний прилад для дослідження і демонстрації різних способів з’єднання конденсаторів

Навчальний прилад для дослідження і демонстрації різних способів з'єднання конденсаторів, який містить джерело живлення, набір окремих конденсаторів, перемикач, автоматичний пристрій вмикання вимірювального приладу та світловий індикатор, який відрізняється тим, що як світловий індикатор використана неонова лампа з послідовно з'єднаним з нею значним опором, окремі конденсатори з'єднані між собою за допомогою вимикачів, а до джерела живлення через контакти реле автоматичного пристрою приєднаний генератор звукових сигналів з регулятором зміни частоти їх подачі. Корисна модель відноситься до галузі учбових демонстраційних приладів з фізики та електротехніки для вивчення електричних кіл з конденсаторами і може бути використаний для більш свідомого засвоєння теоретичного матеріалу в навчальних закладах, включаючи заклади із вадами зору ВІДОМІ моделі для вивчення електричних кіл з конденсаторами які містять джерело напруги, набір окремих конденсаторів, перемикачі, з'єднувальні провідники та вимірювальні прилади [1] Величина опосередкованої ємності конденсатора або батарей конденсаторів, при різних способах їх з'єднання між собою, визначається за максимальною величиною розрядного струму Оскільки вимірювальні прилади мають малий внутрішній опір, то процес розряджання конденсаторів через них відбувається досить швидко, що не надає можливості чітко зафіксувати максимальне значення розрядного струму (особливо з певної відстані) Крім того, для зміни способу з'єднання конденсаторів між собою використовуються додаткові провідники, а змішане з'єднання конденсаторів взагалі не досліджується Найближчим за технічною суттю є прилад, який містить джерело живлення, набір окремих конденсаторів, перемикач, автоматичний пристрій включення вимірювального приладу та світловий індикатор [2] У цьому приладі величина опосередкованої ємності окремого конденсатора визначається за часом його розрядження через незначний опір та автоматичний пристрій за допомогою секундоміра або електронного секундоміра Для візуалізацп процесу розрядки конденсатора, як світловий індикатор використовується лампа розжарювання, яка вмикається в анодне коло тиристора автоматичного пристою, і прямого відношення до кола розрядки конденсатора немає, тому характеризує цей процес тільки опосередковано Крім того, у приладі взагалі не досліджуються різні способи з'єднання конденсаторів між собою Завданням корисної моделі є уніфікація приладу для дослідження різних способів з'єднання конденсаторів між собою і візуалізація процесу їх розрядження, а також, унаочнення перевірки основних розрахункових формул, одержаних аналітичним шляхом, для послідовного, паралельного та змішаного з'єднання конденсаторів без використання додаткових вимірювальних приладів Поставлене завдання досягається тим, що у навчальному приладі для дослідження і демонстрації різних способів з'єднання конденсаторів, який містить джерело живлення, набір окремих конденсаторів, перемикач, автоматичний пристрій включення вимірювального приладу та світловий індикатор, в якості світлового індикатора використана неонова лампа з послідовно з'єднаним з нею значним опором, окремі конденсатори з'єднані між собою за допомогою вимикачів, а до джерела живлення через контакти реле автоматичного при ю со 10395 строю приєднаний генератор звукових сигналів з регулятором зміни частоти їх подачі Уніфікація приладу досягнута шляхом включення у його вхідне коло набору конденсаторів з вимикачами за допомогою яких можна швидко змінити спосіб з'єднання конденсаторів між собою без додаткових з'єднувальних провідників Візуалізація процесу розрядження конденсаторів досягнута за рахунок вмикання у розрядне коло конденсаторів послідовно із значним опором неонової лампи, що надало можливості збільшити час розрядки конденсаторів до 15 секунд, чітко зафіксувати момент ґі згасання, а за зміною яскравості та часу її СВІТІННЯ охарактеризувати сам процес розрядки конденсаторів Унаочнення перевірки розрахункових форм для різних способів з'єднання конденсаторів здійснено за рахунок включення у вихідне коло приладу, через автоматичний пристрій, генератора звукових сигналів з гучномовцем, частота подачі звукових сигналів змінюється регулятором Внаслідок чого, наближена до цілого числа величина опосередкованої ємності конденсатора або батареї конденсаторів визначається за КІЛЬКІСТЮ звукових сигналів виданих генератором під час їх розряджання через значний опір та неонову лампу до напруги її згасання Оскільки реальні ємності електромагнітних конденсаторів значно відрізняються від номінальних, то ця невідповідність у приладі компенсується шляхом зміни частоти подачи звукових сигналів у межах 0,7-1,5Гц На фігурі показано схему приладу Навчальний прилад містить джерело живлення 1, додатній вивід якого через вимикач 2 та обмежуючий зарядний струм опір 3 з єднаний з правим контактом перемикача 4 і одночасно через провідник з автоматичним пристроєм 13 Другий, спільний, контакт перемикача 4 у його положенні 1 зарядка", з'єднує конденсатори 5, 6 та 7 із джерелом живлення 1 за допомогою вимикачів 8, 9 та 10 Лівий контакт перемикача 4 у його положенні "розрядка" з'єднує окремий конденсатор або конденсатори включені паралельно, послідовно або змішано з електричним колом їх розрядки через значний опір 11, неонову лампу 12 та автоматичний пристрій 13, що виконує функції електронномеханічного реле Через контакти 14 автоматичного пристрою 13 напруга від джерела живлення 1 подається на генератор звукових сигналів 15 з регулятором частоти їх подачі 16 Негативний вивід джерела живлення 1 з'єднаний із спільною точкою окремих електричних кіл Чисельні значення номіналів ємності досліджуваних конденсаторів 4, 5, 6, заокруглені до цілого числа, нанесені на передню панель прилаДУ ном Робота приладу здійснюється наступним чи При розімкнутих контактах вимикачів 9 та 10 у положенні перемикача 4 "зарядка", конденсатори 5, 6 та 7 не заряджаються, так як електричні кола їх зарядки будуть розімкненими Тому, у положенні перемикача 4 "розрядка", неонова лампа 12 не запалюється, що сигналізує про відсутність напруги на конденсаторах При цьому автоматичний пристрій 13 не спрацьовує, оскільки він управляється розрядним струмом конденсаторів, контакти 14 автоматичного пристрою 13 розімкнені і генератор звукових сигналів 15 знеструмлений При іншому положенні вимикачів 8, 9, 10 до джерела живлення 1, а потім до розрядного кола, перемикачем 4 вмикаються або окремі конденсатори 6, 7, або певна комбінація з конденсаторів 5, 6, 7 для дослідження послідовного, паралельного та змішаного з'єднання окремих конденсаторів між собою Процес розряджання конденсатора або конденсаторів здійснюється через послідовно з'єднані значний опір 11 (200КОм), неонову лампу 12 та автоматичний пристрій 13 Неонова лампа запалюється і спрацьовує автоматичний пристрій 13, який замикає контакти 14 і подає живлення на генератор звукових сигналів 15 з регулятором частоти їх подачі 16 гучномовцю Робота приладу базується на тому, що час розрядження конденсаторів через одне і теж розрядне коло до напруги згасання неонової лампи 12, буде прямопропорційним величинам їх ємнос t-i с-і теи — = —L t2 с2 Тому, КІЛЬКІСТЬ звукових сигналів відтворених гучномовцем генератора звукових сигналів 15, буде опосередковано наближено відповідати величинам їх ємностей Наприклад, якщо ємність конденсатора 6 наближено дорівнює 5МкФ, а конденсатора 7 - наближено ЮМкФ, то у першому випадку гучномовець надсилає 5 звукових сигналів, у другому - 10, а при їх паралельному з'єднанні -15, що значно унаочнює дослідження та демонстрацію різних способів з'єднання конденсаторів Таким чином, за рахунок можливості регулювання частоти подачі звукових сигналів, можно компенсувати невідповідність реальних значень ємностей електролітичних конденсаторів їх номіналам, чого іншими методами досягти неможливо Розрядження конденсаторів 5, 6, 7 через послідовно з'єднані значний опір 11 та неонову лампу 12 при незначних величинах їх ємностей (5ЮМкФ) збільшило тривалість цього процесу до 15 секунд, чого неможливо досягти при їх розрядці через гальванометр, внаслідок його малого внутрішнього опору При цьому досліджувані конденсатори за необхідною величиною їх ємності можно попередньо наближено підібрати сучасним цифровим комбінованим 10395 Розр \ Зар. О 11 \ \ 8 2 З 12 13 Комп ютерна верстка Д Шеверун Підписне \ 9 \ю Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601 6+ U 1