Порядок выполнения работы

1. Открыть диалоговое окно.

2. Произвести измерение сопротивления R_X1 одного из резисторов. Для этого подобрать сопротивление R_М магазином сопротивления такое, чтобы сила тока, текущего через нуль-гальванометр, была минимальной.

3. Записать значение сопротивления R_М в таблицу и рассчитать R_X1.

4. Проделать пункты 2 и 3 для двух других резисторов R_X2, R_X3.

5. Проделать пункты 2 и 3 для последовательного и параллельного соединения резисторов.

6. Рассчитать погрешности измерения сопротивления резисторов, считая, что относительная погрешность измерения сопротивлений R₁ и R₂ составляет 3 %, а R_М – 1 %.

Таблица 1

RМ, Ом	RХ, Ом		RХ, Ом	, %
	RX1
	RX2
	RX3
	Послед-ое
	Паралл-ое

Контрольные вопросы

1. Что такое удельное сопротивление проводников?

2. Как зависит сопротивление проводников от температуры? В чем заключается явление сверхпроводимости?

3. Параллельное и последовательное сопротивление проводников.

4. Правила Кирхгофа и их применение к расчету сложных электрических цепей.

5. Какова суть метода моста постоянного тока для определения сопротивления резисторов?

Лабораторная работа № 4.27 Исследование процессов заряда и разряда конденсатора и определение емкости конденсатора

Ц ель работы: изучение временной зависимости напряжения на конденсаторе при подключении или отключении источника постоянной ЭДС и определение емкости конденсатора.

Приборы и принадлежности: генератор прямоугольных импульсов, электронный осциллограф, лабораторный стенд с набором конденсаторов и сопротивлений.

Краткие теоретические сведения

Рассмотрим процессы заряда и разряда конденсатора при подключении или отключении источника постоянной ЭДС _о в схеме, представленной на рис.1. Включение и отключение ЭДС имитирует генератор прямоугольных импульсов напряжения. При включении ЭДС (появлении импульса) ток заряда конденсатора протекает по внутреннему сопротивлению источника и по сопротивлению R. Электрические заряды на обкладках конденсатора препятствуют прохождению электрического тока и уменьшают его. Пусть I, Q, U- мгновенные значения силы тока, заряда и напряжения на обкладках конденсатора. Уравнения, связывающие эти величины, имеют вид:

I = , (R+r)I = _o-U, Q = CU. (1)

Исключая в (1) I и U придем к уравнению

. (2)

При решении уравнения учтем начальное условие: Q(0)=0. Это дает решение

, (3)

где  = (R+r)C - постоянная времени цепи заряда конденсатора. Выражение для U получим из связи между зарядом конденсатора и напряжением на его обкладках (рис.2)

. (4)

Прологарифмируем (4)

. (5)

И з (5) следует, что ln(_o/(_o-U)) является линейной функцией времени и по наклону прямой можно определить постоянную времени цепи заряда конденсатора . Зависимость  от сопротивления R также линейная  = (R+r)C и позволяет определить величину емкости конденсатора С и внутреннего сопротивления источника ЭДС - r. Величину  можно определить из (5) как промежуток времени по истечении которого напряжение на конденсаторе достигает величины 0.63_о.

При отключении ЭДС (окончании прямоугольного импульса) ток разряда конденсатора также протекает по сопротивлениям r и R. Для получения закона изменения напряжения на конденсаторе при его разряде достаточно в уравнении (2) положить ₀ = 0 и принять начальное условие Q(0) = ₀C. В результате получим

. (6)

Тогда

(7)

Из (7) следует, что зависимость ln(U_c/₀) от времени, как и в (5), линейная и может быть использована для определения емкости конденсатора.

Описание лабораторной установки.

Генератором прямоугольных импульсов является генератор напряжений ГН1 (выход «меандра»). На лабораторном стенде используются: переменный резистор R, постоянный резистор R₄ и конденсаторы С₁, С₂ и С₃. При использовании цифрового осциллографа ОЦЛ используется канал I.

Порядок выполнения работы.

Ч асть 1. Проверка закона заряда или разряда конденсатора

1. Собрать схему по рис. 3. Установить значение сопротивления R (по заданию преподавателя) в пределах 500-1500 Ом.

2. Подключить по указанию преподавателя один из конденсаторов С₁, С₂ или С₃.

3. Установить частоту генератора 2500 Гц с помощью кнопки «F» на ГН.

4. И зменяя коэффициент усиления (кнопки «К_ус» и «+» или «-») на осциллографе установить размер изображения по вертикали в пределах 4-7 делений шкалы согласно примеру изображенному на рис.4.

5. Изменяя длительность развертки (кнопки «длит.» и «+» или «-») установить размер изображения заряда или разряда конденсатора по горизонтали в пределах 6-8 делений шкалы.

6. Если изображение не останавливается, можно воспользоваться кнопкой «стоп» и перемещать изображение с помощью кнопок «» и «,».

7. По экрану осциллографа измерить 6-8 пар значений (U_ci - t_i) (см. рис.4,5). Полученные результаты занести в таблицу 1.

8. Для заряда конденсатора построить график зависимости от времени t, для разряда конденсатора график зависимости от времени t. Убедиться, что зависимость носит линейный характер.

9. П о наклону прямой определить постоянную времени  которая равняется тангенсу наклона прямой и величину емкости С=/(R₄ + R). Результаты занести в табл.1.