Измерения и обработка результатов. Описание экспериментальной установки

Описание экспериментальной установки

Электрическая схема установки, предназначенной для исследования процесса затухания тока при заряде конденсатора, показана на рис. 4. Источником постоянной ЭДС в ней является выпрямитель УНИП-7А с регулируемым выходом 0 – 30 В. В качестве конденсатора используется магазин емкостей. Резистор R имеет сопротивление 1 МОм. Сила тока измеряется микроамперметром со шкалой на 10 мкА. В положении 1 переключателя конденсатор заряжается от источника постоянного напряжения через резистор R. При переводе переключателя в положение 2 конденсатор быстро разряжается, после чего наблюдение процесса можно повторить.

Рис. 4 Рис. 5

Исследование процесса изменения силы тока при разряде конденсатора проводится на установке, схема которой показана на рис. 5. В положении 1 переключателя конденсатор быстро заряжается от источника постоянной ЭДС, а в положении 2 – медленно разряжается через резистор.

Упражнение 1. Изучение процесса заряда конденсатора.

Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 4. Электроемкость батареи конденсаторов выберите равной 32 мкФ. Установите на выходе выпрямителя такое напряжение, при котором ток заряда в начальный момент времени будет соответствовать полному отклонению стрелки измерительного прибора.

Исследуйте зависимость силы зарядного тока I от времени. Для этого через каждые 10 секунд регистрируйте показания микроамперметра. (Заметим, что запуск секундомера при измерениях может не совпадать с моментом начала процесса заряда конденсатора в силу экспоненциальности этого процесса). Вычислите ln I. Результаты измерений и вычислений запишите в табл. 1:

Таблица 1

t
I
ln I
τ
RC ±Δ(RC)

Постройте график зависимости ln I от времени t. Определите время релаксации τ для наблюдаемого переходного процесса заряда конденсатора. При этом примите во внимание, что за время релаксации ln I уменьшается на единицу. Сравните τ с произведением RC. Оцените погрешность в определении произведения RC, используя формулу

и учитывая, что согласно маркировке на резисторе и конденсаторах батареи относительная погрешность параметров R и C составляет соответственно 2 и 10 %.

Значения τ и RC запишите в табл. 1.

Аналогичное исследование проведите при электроемкости батареи конденсаторов, равной 16 мкФ. Результаты сведите в таблицу 2, аналогичную табл. 1.

Упражнение 2. Изучение процесса разряда конденсатора.

Соберите установку по схеме, показанной на рис. 5. При C = 32 мкФ исследуйте зависимость силы тока от времени при разряде конденсатора.

Постройте график зависимости ln I от времени t. Определите время релаксации τ и сравните его с произведением RC, а также со значением τ, полученным в упражнении 1 при изучении процесса заряда конденсатора. Результаты измерений и вычислений сведите в таблицу 3, аналогичную табл. 1.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение электроемкости конденсатора.

2. Какие типы конденсаторов Вам известны?

3. От чего зависит электроемкость плоского конденсатора? Выведите формулу для электроемкости плоского конденсатора.

4. Изобразите схемы последовательного и параллельного соединения трех конденсаторов. Сделайте вывод формул для расчета эквивалентных емкостей при этих соединениях конденсаторов.

5. По каким формулам вычисляется энергия заряженного конденсатора?

6. Напишите формулы, выражающие зависимость энергии конденсатора от времени в процессах, когда конденсатор заряжается и разряжается через линейное сопротивление.

Дата добавления: 2014-12-25