исследование разряда конденсатора и определение его емкости. Лабораторная работа

Арендный блок

142

Лабораторная раота 19

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я   Р А Б О Т А  19

исследование разряда конденсатора и определение его емкости

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучение процессов разряда конденсаторов в  - цепочке.

2. Определение постоянной времени цепи и емкости конденсатора.

2. БИБЛИОГРАФИЯ

1. Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов. - М.: Наука, 1978. - Т.2.: Электричество и магнетизм. Волны Оптика. - 480 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 608 с.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

3.1 RC – цепочка, постоянная времени и разряд конденсатора

Рассмотрим цепь, состоящую из конденсатора С и сопротивления R (рисунок1).

Сообщим обкладкам конденсатора разноименные заряды. Тогда в цепи возникнет электрический ток I и заряд на обкладках конденсатора будет убывать. Если U – мгновенное значение напряжения на обкладках конденсатора, R – сопротивление резистора, то по закону Ома сила тока I в цепи равна

Рисунок1                                           .                            (1)

Учитывая, что , выражение (1) записывается в виде  и его дифференциал может быть представлен следующим образом (RC – постоянная величина):

.                                               (2)

Подставляя  (знак минус указывает на убыль заряда на пластинах конденсатора при его разряде), получим дифференциальное уравнение, описывающее закономерность изменения тока в данной цепи:

.                                               (3)

Решим дифференциальное уравнение (3) методом разделения переменных:

.                                               (4)

Если в начальный момент времени ток равен , то, проинтегрировав выражение (4):            ,

получим                              .                                              (5)

Потенцируя последнее соотношение, найдем ток I:

,                                               (6)

где  называется постоянной времени цепи.

Выясним физический смысл постоянной времени : при , из уравнения (6) следует, что . Таким образом, постоянная времени  равна тому промежутку времени, при котором сила тока в цепи уменьшается в  раз. Чем больше эта величина, тем медленнее спадает сила тока в цепи, содержащей емкость и постоянное сопротивление.

3.2 Методика определения постоянной времени и емкости конденсатора

Из выражения (5) следует, что . Таким образом,  линейно зависит от времени , при этом тангенс наклона прямой равен  и данная прямая линия должна проходить через начало координат. Построив в полулогарифмическом масштабе зависимость  как функцию времени, можно найти постоянную времени цепи и емкость конденсатора.

4. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

  1.  Лабораторная установка для исследования разряда конденсатора и измерения его емкости.
  2.  Цифровой мультиметр М-83, микроамперметр на 50 мкА, две батарейки.
  3.  Секундомер.

5. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

На рисунке 2 представлена электрическая схема лабораторной установки для исследования процесса разряда конденсатора и измерения его емкости. В работе применяются электролитические конденсаторы емкостью 400...2500 мкФ, рассчитанные на напряжение 6...12 В. Резистор R имеет сопротивление  100...150 кОм. Для измерения тока применяется микроамперметр на 50 мкА или мультиметр DT – 830. Напряжение измеряется мультиметром.

Рисунок 2

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Ознакомьтесь с установкой, подключите к клеммам 4 и 5 микроамперметр для измерения тока. Тумблер К2 установите в нижнее положение. При таком положении в цепь подключается конденсатор С1. В среднем и в вернем положении тумблера подключаются соответственно конденсаторы С2 и С3.
  2.  Замкните ключ К1, определите начальный ток . Значение начального тока запишите в таблицу 1.
  3.  Отключите источник постоянного тока от конденсатора. Для этого выключите ключ К1 и включите секундомер. Конденсатор начнет разряжаться через сопротивление резистора, ток со временем будет уменьшаться.
  4.  Снимите 10...15 показаний силы тока через каждые 10...20 с. Результаты измерений запишите в таблицу 1.
  5.  Повторите измерения для среднего и верхнего положения тумблера К2. Результаты измерений запишите в таблицу 1.
  6.  Рассчитайте для всех значений времени величины и.
  7.  По данным таблицы 1 постройте графики зависимостей  от времени для различных емкостей. По вертикальной оси (оси ординат) откладывайте значения,  по горизонтальной оси (оси абсцисс) – время .
  8.  Экспериментальный график должен представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат. Построение графика необходимо делать с использованием метода наименьших квадратов.

Таблица 1

Положение тумблера К2

Время,

t, с

I, мкА

С, мкФ

Нижнее

0

10

20

30

40

…..

100

…..

Среднее

0

10

20

30

40

…..

100

…..

Верхнее

0

10

20

30

40

…..

100

…..

Емкость, С, мкФ

С1 =

С2 =

С3 =

Сопротивление, , Ом

=

  1.  По графику определите тангенс угла наклона экспериментальной прямой к оси времени  и по известному значению сопротивления резистора  рассчитайте емкость конденсатора .
  2.  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
  3.  Дайте физическое объяснение процессов, происходящих при разряде конденсатора. Получите зависимость силы тока от времени при разряде конденсатора через активное сопротивление.
  4.  Объясните методику определения электрической емкости в данной лабораторной работе.
  5.  В чем состоит физический смысл постоянной времени  цепи?
  6.  Объясните почему при включении электролитического конденсатора в цепь необходимо учитывать его полярность.
  7.  Как будет влиять на время заряда и разряда конденсатора изменение напряжения источника постоянного тока, изменение сопротивления резистора?
  8.  Какую опасность представляют обесточенные цепи с заряженными конденсаторами?

* * *

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

LAB19.DOC

LAB19.DOC
Размер: 718.5 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Изучение процессов разряда конденсаторов в  - цепочке. Определение постоянной времени цепи и емкости конденсатора.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Методика проведення комплексної геолого-екологічної зйомки інженерно-геологічні дослідження

Гідрогеологічні дослідження. Геологічне становище. Режимні спостереження. Дослідні наливи у шурф за методами Болдирева та Несторова.

Опис технологічного процесу виготовлення ковбас

Основы документооборота в таможенных органах

Что такое Документ, определение, функции, классификация. Делопроизводство и его функции. Унификация документов. Развития и особенности делопроизводства в России. Оформления деловой корреспонденции в англоязычных странах

Шляхи формування педагогічної майстерності спортивного педагога

Психолого-педагогічна підготовка майбутнього педагога. Складові компоненти авторитету спортивного педагога та його різновиди. Шляхи підвищення педагогічної майстерності спортивного педагога.

Основы управления в уголовно-исполнительной системе

Курс лекций. УИС - уголовно-исполнительная система. Общая характеристика управления в уголовно-исполнительной системе. Типы организационных структур управления. Функции управления в уголовно-исполнительной системе. Урегулирование конфликта

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok