1. Понятие квазистационарного тока

При включении ключа К на схеме, показанной на рис.7.1, произойдет зарядка конденсатора С. Напряжение на конденсаторе увеличится до значения, равного ε.

Рис. 7.1. Процессы разрядки конденсатора

При размыкании ключа К начнется разрядка конденсатора, в цепи потечет изменяющийся электри­ческий ток. Если этот ток изменяется не слиш­ком быстро и так, что в каждый момент времени величина одинакова во всех точках контура, то для мгновенных значений справедливы законы постоянного тока. Такие медленно изменяющие­ся токи называют квазистационарными.

Ток в контуре длины L будет квазистацио­нарным, если он устанавливается практически мгновенно, т.е. если время его установления, равное ( - скорость распространения электромагнитного поля), много меньше, чем - характерное для данной цепи время изменения тока. В случае изменения тока по экспоненци­альному закону величина называется постоянной времени цепи - время, за кото­рое ток изменяется в раза, а в случае электрических колебаний условие квазистационарности токов есть, где - период колебаний.

1.2. Процессы разрядки конденсатора

Выведем для RC-цепи формулу для напряжения на конденсаторе в процессе его разрядки. Величина протекающего тока:

(7.1)

где - заряд конденсатора, пропорциональный напряжению на его об­кладках:

(7.2)

Согласно закону Ома квазистационарный ток может быть записан:

(7.3)

Используя соотношения (7.1)-(7.3), составляем дифференциальное уравнение, описывающее изменение напряжения конденсатора с течением времени :

Разделяя в этом уравнении переменные и решая его интегрированием от на­чального момента (напряжение ) до текущего t (напряжение )

^,

получаем зависимость напряжения конденсатора от времени (рис. 7.2):

или (7.4)

где - постоянная времени цепи, содержащей емкость и сопротивление,

(7.5)

Линеаризуем зависимость (4) путем логарифмирования:

(7.6)

График этой линейной зависимости представлен на рис. 7.2.

Таким образом, исследуя зависимость напряжения на конденсаторе от времени, можно экспериментально определить:

- постоянную времени -цепи,

- сопротивление цепи , если известна емкость ,

Рис.7.2. Зависимость напряжения на конденсаторе и его натурального логарифма от времени

- емкость конденсатора, если известно сопротивление R.

В данной работе проводится измерение постоянной времени -цепи и определение сопротивления , в качестве которого выступает вольтметр.

2. Описание экспериментальной установки

Электрическая схема установки показана на рис. 7.3, монтажная схема - на рис. 7.4.

Рис. 7.3. Электрическая схема

Рис.7.4. Монтажная схема

1 - регулируемый источник постоянного напряжения (0... +15 В);

2 - ключ;

3. - миниблок «Ключ»;

4. - миниблок «Конденсатор»;

5. - мультиметр (режим V 20 В, входы СОМ, VΩ)

Конденсатор заряжается до напряжения от источника постоянного напряжения 1. Затем ключ 2 размыкают, и конденсатор начинает разряжаться через подключенный к нему вольтметр 5, имеющий большое входное сопро­тивление . По вольтметру 5 можно следить за текущим значением напряжения на конденсаторе, которое изменяется по установленному выше закону (7.4).