10

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра физики и химии

Лабораторная работа № 4-3

Релаксационные электрические колебания

УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

Составили: В.И. Михайленко,

А.А.Горюк,

Ф.А.Птащенко

Утверждено на заседании кафедры,

протокол № 2 от 29 сентября 2011 г.

Одесса – 2011

Лабораторная работа № 4-3 релаксационные электрические колебания

1. Теоретическая часть

1.1. Основные величины и соотношения теории электрического тока

Для понимания данной лабораторной работы необходимо иметь элементарные знания из теории электрического тока, которые приведены ниже.

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных микрочастиц. Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов (ток в металлах обусловлен движением отрицательно заряженных электронов и его направление противоположно направлению движения электронов).

Сила тока I численно равна заряду, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени

(1*)

или , если ток постоянный. Единица измерения силы тока – ампер:.

Потенциал – энергетическая характеристика поля. Потенциал в данной точке поля численно равняется потенциальной энергии единичного заряда, помещенного в эту точку:

.

(2*)

(Потенциал поля в данной точке не зависит от величины пробного заряда – при увеличении заряда увеличивается также его потенциальная энергия, а отношениеостается постоянным). Потенциал измеряется в вольтах:. Один вольт – потенциал такой точки поля, в которой зарядимеет потенциальную энергию.

Если поместить заряд в электрическое поле, то под действием поля заряд будет двигаться, а поле будет выполнять работу. При этом разность потенциалов между двумя точками поля численно равняется работеэлектростатических сил по перемещению единичного заряда с одной точки в другую.

.

(3*)

Для того чтобы в замкнутой цепи протекал электрический ток, необходим источник ЭДС. ЭДС (электродвижущая сила) численно равняется работе сторонних сил (не электростатического происхождения) по перемещению единичного заряда по всей цепи

.

(4*)

В замкнутом контуре электрическое поле толкает положительный заряд от высокого потенциала к низкому (от „+” к „–”, рис. 1*), а затем сторонние силы (например, химические – в батарейке) снова перемещают заряд в область высокого потенциала ( от „–” к „+”). Таким образом, осуществляется кругооборот зарядов в замкнутой цепи постоянного тока.

Электрическое напряжение U численно равняется полной работе, которую выполняют как сторонние, так и электростатические силы по перемещению единичного положительного заряда на некотором участке цепи

.

(5*)

Если на участке цепи источник ЭДС отсутствует, то .

Соотношение между силой тока и напряжением устанавливает закон Ома.

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока на некотором участке цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению,

.

(6*)

Электрическое сопротивление – величина, которая характеризует противодействие проводника или электрической цепи протеканию тока. Сопротивление измеряется в Омах, . Сопротивление проводника можно определить через его параметры

.

Здесь – длина проводника,– площадь его поперечного сечения,–удельное сопротивление материала проводника (он численно равняется сопротивлению проводника единичной длины с единичной площадью сечения, по обыкновению измеряется в илиОмм).

Закон Ома для неоднородного участка цепи

(7*)

(он получен из определения напряжения (5*) и закона Ома (6*)).

Закон Ома для полной цепи

.

(8*)

Здесь – ЭДС,– внешнее сопротивление,– внутреннее сопротивление источника ЭДС (у любого источника ЭДС, например, батарейки есть электрическое сопротивление).

Конденсатор – система двух проводников (двух обкладок), между которыми находится диэлектрик. Заряд конденсатора равен заряду одной обкладки. На второй обкладке возникает индуцированный – противоположный по знаку заряд.

Электроемкость конденсатора численно равняется заряду, который необходимо сообщить конденсатору, чтобы изменить напряжение между его обкладками на единицу (на 1В)

(9*)

где – заряд одной из обкладок, а– разность потенциалов между обкладками. Электроемкость измеряется в фарадах:.