Задание 1 Измерение кривых заряда и разряда конденсатора

1. Включите лабораторный стенд и приборы и установите по шкале вольтметра звукового генератора напряжение 2 - 3. В, необходимое для работы преобразователя импульсов ПИ.

2. Получите на экране осциллографа устойчивую картину заряда и разряда конденсатора. Установите частоту развёртки осциллографа такой, чтобы на экране можно было наблюдать 1 - 2 периода кривой заряд – разряд конденсатора. При необходимости изменяйте частоту следования импульсов (меняя частоту звукового генератора), наблюдая за тем, чтобы заряд и разряд были достаточно полными (пунктирная кривая на рис 5.3). Установите усиление канала Y осциллографа таким, чтобы импульсы в пределах шкалы осциллографа были максимальными.

3. Совместите начало кривой заряда с началом сетки экрана осциллографа и запишите координаты (в делениях сетки) 5 - 6 точек на кривой заряда. Используя значения коэффициента развертки, переведите координату y каждой точки в вольты, а координату Х – в секунды. Значение U и t занесите в табл. 1.

Таблица 1

U, B
t, с

1. Аналогичные измерения проведите с кривой разряда. Совместите начало разряда с началом сетки экрана осциллографа.

2. Постройте кривые заряда и разряда, определите время, за которое напряжение изменяется в два раза («половинное» время t_1/2). Рассчитайте величину

, (5.9)

для кривой заряда и величину

, (5.10)

для кривой разряда и сравните полученный результат с теоретическим значением А_теор=0,693 [см.(5.4)].

Задание 2

Измерение «половинного» времени заряда и разряда конденсатора.

1. Перемещая кривую заряда и разряда по экрану осциллографа, добейтесь, чтобы средняя линия сетки делила импульс напряжения пополам. Совмещая начало кривой заряда с любой вертикальной линией сетки, измерьте «половинное» время заряда конденсатора в делениях сетки и переведите его в секунды⁸.

2. Аналогично измерьте «половинное» время разряда конденсатора. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

3. Проведите измерения t_1/2 заряда и разряда при других значениях R₂ и С:

1. R₂ = 1кОм, С = 0,02÷0,05 мкФ;

2. R₂ = 2÷5кОм, С = 0,02 мкФ.

При измерениях следите за тем, чтобы разряд и заряд были достаточно полными.

4. Рассчитайте по формулам (5.15) и (5.16) значения А и занесите их в таблицу 2

5. Сравните полученные значения А_теор. = ln 2 = 0.693 и рассчитайте погрешность измерений:

где - среднее значение, вычисленное по всем результатам таб. 2.

Таблица 2

R2, Ом
C, мкФ
t1/2, с
A

Контрольные вопросы

1. Покажите, что произведение RCимеет размерность времени.

2. Плоский конденсатор заполнен слабопроводящей средой с удельным сопротивлением = 10¹²Ом см и диэлектрической постоянной= 24. Найти время релаксации заряда.

Литература.

1. Иродов И. Е. Основные законы электромагнетизма. 1983. (стр. 119 –121).

Историческая справка

Э. Клейст (нем. каноник) и П. Мушенбрук (гол. физ.) в 1745г. создали первый конденсатор который получил название – лейденская банка. Первый настоящий конденсатор построил А. Вольта в 1783 г.

1 Что такое условие квазистационарности тока и для чего необходимо наличие этого условия.

2 Экспоненциальный. Обратите внимание на правильное произношение!

3 Дж. Максвелл ввел понятие релаксации в 1864 г.

4 Каков физический смысл времени релаксации.

5 Что называется релаксацией.

6 Что такое половинное время заряда или разряда.

7 Входное сопротивление осциллографа 1МОм и это условие обычно выполняется. Проследите по схеме рис. 5.2 по каким цепям происходит заряд и разряд конденсатора. Какие при этом могут присутствовать погрешности?

8 Подумайте, как можно увеличить точность измерения «половинного» времени на экране осциллографа.

74