Исследование процесса разряда конденсатора через сопротивление

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 21Следующая ⇒

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 30

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА ЧЕРЕЗ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Ц е л ь р а б о т ы: определение постоянной времени цепи.

П р и б о р ы: экспериментальная установка.

Т е о р и я м е т о д а

Всякий, даже “мгновенный” процесс на самом деле длится некоторое время, хотя быть может и очень короткое. Изучение переходных процессов, т.е. установление того или иного явления стационарного течения процессов, позволяет часто глубже вскрыть природу и ход самого явления, понять его, а следовательно и использовать на практике. В области электрических явлений особый интерес представляют переходные процессы при заряде и разряде конденсатора.

Зарядка конденсатора начинается с момента присоединения конденсатора к источнику постоянного тока (схема 1) и длится до момента полного заряда конденсатора т.е. до возникновения разности потенциалов на пластинах конденсатора равной э.д.с. источника. При этом, очевидно, на конденсаторе появится напряжение U, направленное противоположно э.д.с. источника e₁. Рост напряжения на конденсаторе по мере накопления зарядов на его обкладках вызывает уменьшение зарядного тока, определяемого формулой

т.к. действующее значение напряжения, равное в каждый момент разности e- U убывает.

В момент полного заряда конден-

сатора, когда U станет равным e,

действующее напряжение окажется

равным нулю и тогда ток заряда

прекратится. Теоретически это

наступит через бесконечно боль-

Схема I. шое время, а практически, если конденсатор заряжается через малое сопротивление, почти мгновенно. Такое убывание тока от максимального до нуля наблюдается при разряде конденсатора, так как ток пропорционален изменению заряда в единицу времени (1), величина заряда пропорциональна емкости конденсатора dq =с dU, то (2)

По закону Ома (3)

Тогда из уравнений (2) и (3) получим

или (4)

Формула (4) показывает, что относительный спад напряжения на конденсаторе пропорционален протекшему времени и обратно пропорционален произведению R× с. Следовательно, спад напряжения на конденсаторе происходит тем медленнее, чем больше R и чем больше с, составляющие разрядную цепь. Важным параметром, характеризующим цепь из последовательно соединенных сопротивлений и емкости, является произведение R× с, которое называется постоянной времени цепи. Если взять интегралы от обеих частей уравнения

(5)

знак «минус» указывает на убыль напряжения, то можно определить закон изменения тока при разряде конденсатора

;

;

С учетом того, что e = I₀R, I =

имеем I = = I

где I - сила тока к моменту времени, Iо - максимальная сила тока при R - сопротивление, с - емкость, t - время, е - основание натурального логарифма.

Обозначим Rс = - постоянная времени цепи. Если = t, то

I=I = = 0,37 I

Постоянная времени цепи показывает, что через Rс секунд сила тока убывает в 2,7 раза, или составляет от максимального значения 0,37 Iо (рис. 1).

В задачу настоящей работы входит:

изменение силы разрядного тока через различные промежутки времени.

Определение по этой кривой постоянной времени и сравнение t

полученной величины с результатом

расчета по формуле = Rс

рис.1

П о р я д о к р а б о т ы

1. Собрать схему 2.

секундомер

Схема 2.

В нее входит конденсатор с, большое сопротивление R, которое определяет величину начального зарядного тока, микроамперметр, ключ К и источник e. При работе с электрическими конденсаторами в несколько десятков или сотен микрофарад можно применять стрелочные приборы типа М-24 на 50-100 мкА, при очень больших применяется зеркальный гальванометр.

2. Записать максимальное отклонение стрелки гальванометра nо в делениях. Оно пропорционально току заряда конденсатора Iо, величина которого определяется только э.д.с. источника тока и зарядным сопротивлением R.

3. Нажать кнопку ключа и не отпускать, одновременно с этим включается секундомер и в процессе разряда конденсатора записать значения амперметра спустя 3 с, 6 с, 9 с, 12 с и т.д.

4. Опыт повторить 3 раза.

Показания записать в таблицу:

Таблица

5. По полученным данным построить график, выражающий

зависимость: I= f (t)

6. Определить по графику величину постоянной времени цепи соответствующую моменту времени, при котором I = 0,37 Iо пользуясь методом, приведенным на рис. 1.

7.Сравнить найденную величину с вычисленной по формуле:

Контрольные вопросы

1. Что такое электроемкость и единицы ее измерения?

2. Что представляет собой простейший конденсатор? Записать емкость

плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов

3. Емкость конденсатора с многослойным диэлектриком.

4. Каков физический смысл постоянной времени цепи?

5. Получить закон изменения тока при разряде конденсатора.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология