
- •Электростатика, постоянный ток и магнетизм
- •Содержание
- •Лабораторная работа № 3.20 Изучение модульного учебного комплекса мук-эм1
- •Лабораторная работа № 3.21 Моделирование электростатического поля
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4.21 Изучение работы источника напряжения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4.24 Измерение сопротивления мостом постоянного тока
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 4.24к Измерение сопротивления мостом постоянного тока
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4.27 Исследование процессов заряда и разрядки конденсатора и определение емкости конденсатора
- •Часть 1. Проверка закона заряда (рис. 4) или разрядки конденсатора (рис. 5).
- •Часть 2.Определение емкости конденсатора с помощью измерения постоянной времени заряда или разрядки и определение емкости системы конденсаторов.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.21 Определение индуктивности соленоида и коэффициента взаимной индуктивности с помощью исследования вынужденных колебаний в rl – цепи
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.22 Изучение петли гистерезиса и измерение параметров ферромагнетика
- •Краткие теоретические сведения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.27к Явление взаимной индукции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.28к Магнитное поле на оси короткого соленоида
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.29к Моделирование работы конденсатора в электрической цепи
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5.30 явление самоиндукции
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6.21 Вынужденные колебания в последовательном колебательном контуре
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6.22 Свободные (затухающие) колебания в последовательном rlc-контуре
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6.21к Изучение явления резонанса в последовательном колебательном контуре
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 6.24 Изучение сложениЯ колебаний
- •Порядок выполнения работы
- •Часть 1. Определение разности фаз сонаправленных колебаний
- •Часть 2. Определение частоты неизвестных колебаний исследованием биений
- •Часть 3. Определение частоты неизвестных колебаний исследованием фигур Лиссажу
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Контрольные вопросы
1. Закон Био-Савара и принцип суперпозиции для магнитного поля.
2. Магнитное поле на оси кругового тока.
3. Расчет магнитного поля на оси короткого соленоида.
4. Баллистический метод измерения магнитной индукции.
5. Чувствительность баллистического гальванометра, вычисление магнитной индукции в лабораторной работе.
Лабораторная работа № 5.29к Моделирование работы конденсатора в электрической цепи
Цель работы: изучить работу конденсатора в электрической цепи в неустановившемся режиме; экспериментально определить постоянную RC-цепи и электроемкость конденсатора.
Работа выполняется на ПК.
Краткие теоретические сведения
RC-цепочки
являются широко распространенными
звеньями электрической цепи. Найдем
закон изменения напряжения на конденсаторе
при замыкании цепи, т.е. в неустановившемся
режиме. Пусть в цепь с электрическим
сопротивлением R и емкостью С включен
источник ЭДС Е0(рис. 1).
По второму правилу Кирхгофа можно записать
UR + UC=0, (1)
где URи UC– напряжение на резисторе сопротивлением R и на конденсаторе емкостью С соответственно. Уравнение (1) можно переписать в виде
R·dq/dt+q/C=0, (2)
где q – заряд на обкладках конденсатора.
Решение уравнения (2) имеет вид
q = 0·С {1 – exp[– t/(RC)]}.
С учетом того, что напряжение на конденсаторе Uc= q/C, окончательно имеем
Uc=0{1 –exp[–t/(RC)]}. (3)
Эта функция описывает нарастание напряжения на конденсаторе после подключения к нему источника ЭДС. Скорость нарастания напряжения Ucопределяется величиной
= RC, (4)
которою называют постоянной времени RC-цепи и которая имеет размерность времени. График функции (3) для двух значений приведен на рисунке 2.
Для экспериментального определения постоянной времени представим уравнение (3) в следующем виде
0–Uc= Е0 ·exp(–t/). (5)
Прологарифмировав выражение (5), получим
ln (0– Uc) = ln0– t/. (6)
График функции (6), представляющий собой линейную зависимость, показан на рис.3. По точке пересечения прямой, соответствующей функции (6), с осью времени можно определить постоянную времени :
= t0/ ln0, (7)
где t0– значение времени, соответствующее точке пересечения с осьюt.
Порядок выполнения работы
1. В диалоговом окне "Расчет напряжения на емкости" выбрать сопротивление цепи R и ЭДС источника 0.
2. Получить график зависимости напряжения на конденсаторе Ucот времени (клавиша "Нарисовать"), выбрав подходящим образом интервал времени.
3. Исследовать качественно характер зависимости напряжения Ucот времени при разных значениях сопротивления цепи R, сделать вывод.
4. Качественно исследовать характер зависимости напряжения Ucот времени при разных значениях внутреннего сопротивления источника r, сделать вывод.
5. Определить по графику зависимости Uc= f(t) для одного из значений сопротивления цепи R1при r = 0 не менее 5 значений Ucдля разных значений времени t, данные занести в таблицу 1.
6. Повторить п. 5 для двух других значений R. Результаты измерений занести в таблицу 1.
7. По данным таблицы построить графики зависимости ln(0– Uc) от времени t для каждого сопротивленияR; убедиться, что зависимости носят линейный характер.
8. По графикам, используя формулы (7) и (4), рассчитать значения iдля R1, R2, R3и Сi.
9. Определить среднее значение емкости конденсатора CПогрешности определить по методике невоспроизводимых измерений.
Таблица 1
№ |
R1 |
R2 |
R3 |
i , мкс |
Ci, нФ |
<C>, нФ |
нФ |
c, % | |||||||||||||
Uc, В |
t, мкс |
E0–Uc |
Uc, В |
t, мкс |
E0–Uc |
Uc, В |
t, мкс |
E0–Uc |
|
|
|
|
| ||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1= |
C1= |
|
|
| |||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2= |
C2= | ||||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3= |
C3= | ||||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|