III. Порядок работы

1. Исследование вольтамперной характеристики неоновой лампы

Соберите схему из потенциометра для регули­ровки напряжения на лампе, вольтметра и миллиамперметра для измерения напряжения и тока в лампе. В вашем распоряжении будет 2 вольтметра, поэтому при составлении схемы создайте возможность для измерения напряжения, подаваемого в схему ( ) и напряжения на самой лампе.

Снимите вольтамперную характеристику лампы (несколько раз, при постепенном повышении и при постепенном понижении напряжения). Постройте график (если точки, полученные при прямом и обратном ходе, не совпадают, следует провести две кривые). Предельное напряжение на лампе— 180 В!

Отдельно проведите многократные (не меньше 10) измерения напряжений зажигания и гашения. Обратите внимание, что после вспышки лампы напряжение на ней несколько снижается. Почему? Что считать истинным значением ?

Подсчитайте сопротивление горящей лампы при напряжениях и .

2. Изучение релаксационного генератора

Соберите схему рис. 3 и с помощью потенциометра, подавая регулируемое напряжение, получите релаксационные колебания. Исследуйте зависимость периода колебаний от параметров схемы, таких как ёмкость, сопротивление и входное напряжение.

Включив в схему известную емкость и известное сопротивление, проведите измерения периода колебаний в зависимости от напряжения . Постройте график и сравните с теоретическим, построенным по формуле (2). Конкретный вид задания определяет преподаватель.

При каком-либо из режимов схемы, обеспечивающих доста­точно большой период колебаний—порядка минуты или боль­ше,—включите параллельно конденсатору вольтметр (только электростатической системы) и исследуйте кривую изменения напряжения со временем. Постройте график.

Если в схеме рис. 1, а не удается получить достаточно большого периода коле­баний, используйте схему рис. 3 (см. ниже задание 4; вольт­метр в этом случае удобнее включить параллельно лампе).

3. Сравнение сопротивлений и емкостей

Заменяя известную емкость неизвестными и поддерживая постоянным, определите по формуле (2) емкость двух конден­саторов, а также их совместную емкость при параллельном и последовательном соединениях.

Заменяя известное сопротивление неизвестным и оставляя С и неизменными, определите величину 2—3 сопротивлений.

4. Измерение сопротивления утечки электролитического конденсатора³. Измерение больших сопротивлений

Соберите схему рис. 3, использовав в качестве емкости электролитический конденсатор (обратите внимание на поляр­ность; при неправильном включении конденсатор будет про­бит). Измерьте период колебаний при нескольких значениях (без шунтирующего конденсатор сопротивления R) и подсчи­тайте сопротивление утечки конденсатора.

Зажмите между клеммами конденсатора лист бумаги с на­несенной на него мягким карандашом графитовой полоской и определите сопротивление этой полоски.

При разработке схемы и при любых изменениях в схеме не­обходимо предварительно разряжать конденсаторы, закорачи­вая их клеммы. Иначе можно получить сильный удар, так как конденсаторы имеют большую емкость и заряжаются до опас­ных напряжений.

Приложение. Разряд конденсатора

Для вывода формулы (1) используем 2-й закон Кирхгофа для контура, изображенного на рис. 1. В каждый момент времени

где —мгновенное значение тока в цепи. Подставляя V=qlC и учитывая, что , получим

Общее решение этого линейного дифференциального уравнения

где произвольная постоянная А определяется из начальных условии. Если при , то

что дает (1).

Другой интересный случай — разряд конденсатора, первоначально заряженного до потенциала (при ). В этом случае

.

Величина RC определяет скорость заряда или разряда конденсатора и назы­вается постоянной времени для данной цепи. Полезно запомнить некоторые простые числа:

при и

при и .

1 С. Э. Фриш, А. В. Тиморева. Курс общей физики, т. II, § 189

2 Подробнее смотри там же, § 190

3 Таким методом нельзя измерять сопротивление утечки конденсаторов с твердым диэлектриком, так как у исправных конденсаторов такого типа оно слишком велико.