Лабораторные работы по курсу общей физики (2-я Редакция 2012 г.)
Подождите немного. Документ загружается.
Лабораторная работа № 37.
Изучение процессов заряда и
разряда конденсатора.
Цель работы : Изучение кривых заряда и разряда конденсатора при
различных параметрах электрической цепи и вычисление времени
релаксации.
Теоретическая часть :
Квазистационарные токи - это медленно текущие токи. Величина
таких медленно меняющихся токов в каждый момент времени
остается одинаковой во всех сечениях неразветвленной проводящей
цепи. Мгновенное состояние квазистационарных токов достаточно
точно определяется законом Ома и правилом Кирхгофа и тем точнее,
чем медленней меняются токи .
J,U,q - мгновенное
значение тока, заряда и
разности потенциалов
между обкладками .
Заряд конденсатора.
Применяя закон Ома IR=E-U, и зная, что
U=
q
C
I=
dq
dt
dq
dt
E-q/C
R
=
R
I
K
C
E
где q- заряд конденсатора . Тогда
R dq
-q/C
0
q
q=q (1-e )
U=q/C= (1-e )
m
- t/RC
- t/RC
I= =I e
- t/RCdq
dt 0
E
E
где I
0
=E/R и график зависимости q(t) и I(t) имеет вид
Процесс разрядки.
R
+q
-q
I
dq - уменьшение заряда за время dt. При разряде в цепи протекает ток
J=-dq/dt. Знак "-" показывает что сила убывает. Зная что q=CU, где U -
разность потенциалов, тогда U=IR при t=0 q=q
0
dq U q
dt R CR
= =
dq
q
0
q
=
1
RC
-
0
t
dt
тогда
q=q e
U=q/C=U e
-t /RC
-t /RC
0
где U
0
=q
0
/C .Тогда получаем график зависимости q(t)
Полученное выражение показывает, что процесс заряда и разряда
происходит не мгновенно, а с конечной скоростью.
Время релаксации =RC. Время релаксации показывает,
через какое время после выключения ЭДС напряжение и заряд
уменьшиться в e раз. Для определения необходимо
измерить время за которое величина заряда уменьшиться до
половины первоночального значения t1/2. Оно определяется из
выражений:
e
t
RC
1/2
-
=
1
2
Тогда t
1/2
=RC*ln2 RC=1.44t
1/2
.
Если обкладки конденcатора попеременно подключать к источнику
тока и к сопротивлению R, то график процесса зарядки и разрядки
конденcатора имеет вид. Эти процессы можно наблюдать с помощью
осциллографа .
заряд разряд
t
q
Схема установки:
Генератор
сигналов
50 Гц 220 В
РФ
ПЭ
Р, выход
50 Гц 220 В
Источник
питания
R1
R2
C
Результаты измерений:
Заряд Разряд
x
y
x
y
где x= мсек, y= мвольт
N
R
1
R
2
C
t
1/2
RC
=1.44t
1/2
1
2
3
RC=R+C=2.5%+2.5%=5%
RCср=0.05*3*10
-5
=0.15*10
-5
ср=0.05*x=0.05*0.1*0.001=0.5*10
-5
=t=0.05/0.23=20%
В результате мы получили одинаковые значения времени релаксации,
вычисленные по формуле и полученные опытным путем. Это
подтсверждает наши теоретические выкладки. Незначительное
отличие значений объясняется погрешностью измерений.
Чужинов Т.
Габбасов Т.
Лабораторная работа № 38 .
Измерение относительной диэлектрической проницаемости твердых
диэлектриков.
Цель работы: Изучение электрических свойств диэлектриков .
Теория метода:
Типы диэлектриков
К диэлектрикам относятся вещества внутри которых
отсутствуют свободные заряды, обеспечивающие существование тока
проводимости. Диэлектрики принято делить на три группы.
Первую группу диэлектриков (N
2
,H
2
,O
2
,CO
2
,CH
4
) составляют
вещества, молекулы которых имеют симметричное строение.
Молекулы таких диэлектриков называются неполярными
Вторую группу диэлектриков (H
2
0,NH
3
,SO
2
,CO) составляют
вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение.
Молекулы таких диэлектриков называются полярными .
Третью группу диэлектриков (NaCl,KClKBr,...) составляют
вещества, молекулы которых имеют ионное строение.
Поляризация диэлектриков.
Поляризацией диэлектриков называется явление ориентации
диполей или появленние под воздествием электрического поля
ориентированых по полю диполей.
Соответвенно трем группам диэлектриков различают три вида
поляризации.
1. Электронная поляризация диэлектрика с неполярными
молекулами, заключающихся в возникновении у атомов
индуцированного дипольного момента за счет деформации
электронных орбит .
2. Ориентационная или дипольная поляризация диэлектрика с
полярными молекулами, заключается в ориентации имеющихся
дипольных моментов по полю. Естественно, что тепловое движение
препятствует полной ориентации молекул. В результате совместного
действия обоих факторов возникает преимущественная ориентация
дипольных моментов молекул по полю.
3. Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими
решетками, заключается в смещении подрешетки положительных
ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящая к
возникновению дипольных моментов.
Поляризованость. Напряженность поля в диэлектрике.
При перемещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он
поляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент
Pv=Pi
i
где Pi - дипольный момент одной молекулы. Для количественного
описания диэлектрика пользуются векторной величиной называемиой
поляризованостью, определяемой дипольным моментом единицы
обьема диэлектрика:
Pv
Pi
i
V
V
=P=
Также P ~ E
P= E E
Где
- безразмерная физическая величина, называемая
диэлектрической восприимчивостью вещества. Диэлектрическая
восприимчивость характеризует спосбность диэлектрика к
поляризации, т.е. к возникновению индуцированных электрических
моментов.
Выполнение работы
C, пф
V
1
50
13.55
2
100
23.95
3
150
30.97
4
520
69.78
5
680
124.26
6
820
168.57
7
940
182.17
8
1000
182.60
V
кГц
Г
О
Т
5
22.05
16.45
16.25
10
22.30
16.59
16.43
15
22.03
16.49
16.30
20
22.14
16.39
16.22
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 25 50 75 100 125 150 175 200
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 5 10 15 20 25 30 35
кГц
Г
О
Т
d, мм
1
2.6
1
C, пф
82
60
56
2.3
4.4
1.6
Вывод: В этой работе мы ознакомились со свойствами диэлектриков и
нашли их диэлектрическую проницаемость.
Лабораторная работа №41:
"Изучение релаксационных колебаний".
Выполнили: студенты группы ВМ-111 Нуйсков Алексей и
Малякина Ксения.