ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Лабораторная работа № 3
ИЗУЧЕНИЕ ЗАРЯДА И РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА
Цель работы : ознакомиться с процессами заряда и разряда конденсатора,
графическим представлением этих процессов, преобразованием координат .
Введение
Конденсаторы широко применяются в электротехнике, выполняя
различные функции . Являются обязательным элементом колебательного
контура, используются в различного рода электрических фильтрах,
электронных преобразователях и пр.
Различные проводящие тела, имея одинаковые потенциалы V , могут
иметь разные электрические заряды q, т.е. q=С V. Коэффициент
пропорциональности С , зависящий от формы тела и его размеров, называют
электроемкостью . Численно емкость тела равна его заряду при потенциале в
один вольт , т.е. q=С |
V=1
. Емкость измеряется в Фарадах (Ф ). Однако , 1 Ф это
очень большая величина. Например , емкость шара, радиусом , равным ра-
диусу Земли, составляет всего 7·10
-4
Ф . Поэтому на практике пользуются ве-
личинами, кратными Ф . Например : 1 пФ =10
-12
Ф (пикофарада), 1 нФ =10
-9
Ф
(нанофарада), 1 мкФ =10
-6
Ф (микрофарада), 1 мФ =10
-3
Ф (миллифарада)
Емкость уединенного проводника может быть значительно увеличена,
если в непосредственной близости от него расположен другой проводник.
Вследствие индуцирования на нем заряда противоположного знака, потен-
циал первого проводника уменьшается , что приводит к увеличению емкости.
Система, состоящая из двух электродов, называется конденсатором , а обра-
зующие его электроды – обкладками конденсатора. Емкость конденсатора
может быть еще более увеличена, если зазор между обкладками заполнен ди-
электриком с диэлектрической проницаемостью ε . При этом емкость конден-
сатора увеличивается в ε раз . В настоящее время созданы конденсаторы , ем -
кость которых составляет несколько Фарад .
Рассмотрим процесс разряда конденсатора. Если в момент времени t=0 к
заряженному до напряжения U
0
конденсатору С , подключить сопротивление
R (образуя так называемую RС -цепочку ), то конденсатор будет разряжаться
и через сопротивление пойдет ток, уменьшающийся со временем .
По второму правилу Кирхгофа IR+U=0 (1).
Здесь IR – падение напряжения на сопротивлении, U – напряжение на
конденсаторе.
Ток связан с уменьшающимся зарядом конденсатора
dt
dq
I = (2)
или с напряжением на конденсаторе
dt
dU
СI = (3).
3
Лабораторная работа № 3
И З У Ч Е НИ Е З А Р Я Д А И Р А З Р Я Д А К О НД Е НС А Т О Р А
Ц ель р аботы: оз наком иться с процессам и з аря д а и раз ря д а конд енсатора,
граф ическим пред ставлением этих процессов, преобраз ованием коорд инат.
Введени е
К онд енсаторы широко прим еня ю тся в электротехнике, вы полня я
раз личны е ф ункции. Я вля ю тся обя з ательны м элем ентом колебательного
контура, использ ую тся в раз личного род а электрических ф ильтрах,
электронны х преобраз ователя х и пр.
Раз личны е провод я щ ие тела, им ея од инаковы е потенциалы V, м огут
им еть раз ны е электрические з аря д ы q, т.е. q=С V. К оэф ф ициент
пропорциональности С , з авися щ ий от ф орм ы тела и его раз м еров, наз ы ваю т
электроем костью . Численно ем кость тела равна его з аря д у при потенциале в
од ин вольт, т.е. q=С |V=1. Е м кость из м еря ется в Ф арад ах (Ф ). О д нако, 1 Ф это
очень большая величина. Н априм ер, ем кость шара, рад иусом , равны м ра-
д иусу Зем ли, составля ет всего 7·10-4 Ф . Поэтом у на практике польз ую тся ве-
личинам и, кратны м и Ф . Н априм ер: 1 пФ =10-12 Ф (пикоф арад а), 1 нФ =10-9 Ф
(наноф арад а), 1 м кФ =10-6 Ф (м икроф арад а), 1 м Ф =10-3 Ф (м иллиф арад а)
Е м кость уед иненного провод ника м ож ет бы ть з начительно увеличена,
если в непосред ственной близ ости от него располож ен д ругой провод ник.
В след ствие инд уцирования на нем з аря д а противополож ного з нака, потен-
циал первого провод ника ум еньшается , что привод ит к увеличению ем кости.
Систем а, состоя щ ая из д вух электрод ов, наз ы вается конд енсатором , а обра-
з ую щ ие его электрод ы – обклад кам и конд енсатора. Е м кость конд енсатора
м ож ет бы тьещ еболееувеличена, если з аз ор м еж д у обклад кам и з аполнен д и-
электриком с д иэлектрической проницаем остью ε. При этом ем кость конд ен-
сатора увеличивается в ε раз . В настоя щ ее врем я соз д аны конд енсаторы , ем -
костькоторы х составля ет несколько Ф арад .
Рассм отрим процессраз ря д а конд енсатора. Е сли в м ом ент врем ени t=0 к
з аря ж енном у д о напря ж ения U0 конд енсатору С , под клю чить сопротивление
R (образ уя так наз ы ваем ую RС -цепочку), то конд енсатор буд ет раз ря ж аться
и через сопротивлениепойд ет ток, ум еньшаю щ ийся со врем енем .
По втором у правилу К ирхгоф а IR+U=0 (1).
Зд есь IR – пад ение напря ж ения на сопротивлении, U – напря ж ение на
конд енсаторе.
dq
Т оксвя з ан сум еньшаю щ им ся з аря д ом конд енсатора I= (2)
dt
dU
или снапря ж ением на конд енсаторе I =С (3).
dt
