ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
19
В этом случае постоянная интегрирования В=ε, и зависимость на-
пряжения конденсатора от времени имеет вид:
.eU
RC
t
−
ε= (14)
Ток разрядки:
.e
RR
U
I
RC
t
−
ε
== (15)
При сравнении выражений (8) и (15) видно, что ток при зарядке и
разрядке конденсатора изменяется по одному и тому же закону.
Полученные результаты показали, что процессы зарядки и разряд-
ки (установление электрического равновесия) происходят не мгновенно,
а с конечной скоростью. Для рассмотренного контура, содержащего со-
противление и емкость, скорость процесса зависит от величины τ=RC.
Произведение RC имеет размерность времени и называется временем
релаксации.
Используя выражение (15), сформулируем физический смысл
времени релаксации; τ – это время, за которое сила разрядного или за-
рядного тока уменьшается в е = 2,71 раза.
Порядок выполнения работы
Цель работы – проверить выражения (8) и (15), из которых вид-
но, что скорость изменения тока при зарядке и разрядке конденсатора
определяется произведением RC, а не значениями R и C в отдельности.
1. Собрать схему (рис. 2).
В отличие от схемы на рис. 1 в ней есть диодный мостик V
1
- V
4
.
K
µА
С
R
+ c
- d
a
b
V
1
V
2
V
4
V
3
1
2
Рис. 2
20
Диоды обеспечивают прохождение тока через микроамперметр в
одном направлении независимо от процесса (как при зарядке конденса-
тора, так и при разрядке). Если ток идет от точки а к точке в, то откры-
ты диоды V
4
, V
2
; если ток идет в обратном направлении – открыты дио-
дыV
3
, V
1
. В обоих случаях ток идет через микроамперметр от точки с к
точке d. Благодаря наличию мостика, источник питания можно подклю-
чать в любой полярности.
2. Записать значения выбранных R и С. Вычислить τ=RC.
3. Поставить ключ К в положение 1 (зарядка), одновременно вклю-
чить секундомер. Снять зависимость тока зарядки от времени. Измерения
проводить через малые промежутки времени (не более 5с). Результаты
записать в таблицу 1.
4. По окончании зарядки (ток упадет почти до нуля) ключ К пере-
вести в положение 2 (разрядка). Перевод ключа необходимо сделать
быстро, так как возможна утечка заряда с конденсатора. Провести изме-
рение тока разрядки в зависимости от времени. Результаты записать в
таблицу 1.
5. Выбрать другие R и С так, чтобы произведение RС было таким
же, как в первом опыте.
6. Повторить пункты 2–4 для новых R и С.
7. Построить график зависимости I от t при зарядке и разрядке кон-
денсатора для двух исследованных пар RC . Все четыре кривые изобра-
зить на одном графике в одинаковом масштабе (но так, чтобы экспери-
ментальные точки, относящиеся к разным кривым, отличались друг от
друга).
8. Прологарифмируем выражение (15):
.
RC
t
IlnIln −=
0
(16)
Из (16) видно, что lnI линейно зависит от времени. График этой
функции – прямая. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс ра-
вен
τ
−=−=α
11
RC
tg
.
Вычислить lnI
зарядки
и lnI
разрядки
для всех измеренных токов, запи-
сать результаты в таблицу 1.
Таблица 1
(RC)
1
(RC)
2
t, c I
зар,
mkA
I
раз
,
mkA
lnI
зар
lnI
раз
t, c I
зар,
mkA
I
раз
,
mkA
lnI
зар
lnI
раз
В этом случае постоянная интегрирования В=ε, и зависимость на- Диоды обеспечивают прохождение тока через микроамперметр в
пряжения конденсатора от времени имеет вид: одном направлении независимо от процесса (как при зарядке конденса-
тора, так и при разрядке). Если ток идет от точки а к точке в, то откры-
ε
t
−
U= e RC
. (14) ты диоды V4, V2; если ток идет в обратном направлении – открыты дио-
Ток разрядки: дыV3, V1. В обоих случаях ток идет через микроамперметр от точки с к
I=
U −ε
= e RC .
t
(15)
точке d. Благодаря наличию мостика, источник питания можно подклю-
R R чать в любой полярности.
При сравнении выражений (8) и (15) видно, что ток при зарядке и 2. Записать значения выбранных R и С. Вычислить τ=RC.
разрядке конденсатора изменяется по одному и тому же закону. 3. Поставить ключ К в положение 1 (зарядка), одновременно вклю-
Полученные результаты показали, что процессы зарядки и разряд- чить секундомер. Снять зависимость тока зарядки от времени. Измерения
ки (установление электрического равновесия) происходят не мгновенно, проводить через малые промежутки времени (не более 5с). Результаты
а с конечной скоростью. Для рассмотренного контура, содержащего со- записать в таблицу 1.
противление и емкость, скорость процесса зависит от величины τ=RC. 4. По окончании зарядки (ток упадет почти до нуля) ключ К пере-
Произведение RC имеет размерность времени и называется временем вести в положение 2 (разрядка). Перевод ключа необходимо сделать
релаксации. быстро, так как возможна утечка заряда с конденсатора. Провести изме-
Используя выражение (15), сформулируем физический смысл рение тока разрядки в зависимости от времени. Результаты записать в
времени релаксации; τ – это время, за которое сила разрядного или за- таблицу 1.
рядного тока уменьшается в е = 2,71 раза. 5. Выбрать другие R и С так, чтобы произведение RС было таким
же, как в первом опыте.
Порядок выполнения работы 6. Повторить пункты 2–4 для новых R и С.
7. Построить график зависимости I от t при зарядке и разрядке кон-
Цель работы – проверить выражения (8) и (15), из которых вид-
денсатора для двух исследованных пар RC . Все четыре кривые изобра-
но, что скорость изменения тока при зарядке и разрядке конденсатора
зить на одном графике в одинаковом масштабе (но так, чтобы экспери-
определяется произведением RC, а не значениями R и C в отдельности.
ментальные точки, относящиеся к разным кривым, отличались друг от
1. Собрать схему (рис. 2).
друга).
В отличие от схемы на рис. 1 в ней есть диодный мостик V1- V4.
8. Прологарифмируем выражение (15):
t
ln I = ln I 0 − . (16)
-d RC
V1 V2 Из (16) видно, что lnI линейно зависит от времени. График этой
1
a b
функции – прямая. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс ра-
K µА 1 1
вен tgα = − =− .
2 V4 V3 RC τ
Вычислить lnIзарядки и lnIразрядки для всех измеренных токов, запи-
+c
С сать результаты в таблицу 1.
Таблица 1
R (RC)1 (RC)2
t, c Iзар, Iраз, lnIзар lnIраз t, c Iзар, Iраз, lnIзар lnIраз
mkA mkA mkA mkA
Рис. 2
19 20
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- …
- следующая ›
- последняя »
