Таблицы измерений и вычислений
Кафедра общей и технической физики
Отчёт по лабораторной работе №3
По дисциплине ФИЗИКА
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Исследование процессов заряда и разряда конденсатора
Автор: студент гр. ИЗБ-20-1 Виноградова К. И.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА:
Дата:
ПРОВЕРИЛ
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2021 год
Цель работы: 1. Экспериментальная проверка экспоненциального характера процессов заряда и разряда конденсатора.
2. Экспериментальное определение постоянной времени RC-цепи.
Краткие теоретические сведения
Явление, изучаемое в работе: процессы заряда и разряда конденсатора.
Основные определения :
Конденсатор - это система из двух изолированных друг от друга проводников, которые называют пластинами (обкладками). Пространство между пластинами может быть заполнено диэлектриком.
|
|
|
Электроемкость проводника - это коэффициент пропорциональности, равный отношению накопленного на проводнике заряда к его потенциалу.
Постоянная времени - это величина, которая показывает, через какое время после начала разряда напряжение на конденсаторе уменьшается в е = 2,72 раз.
Емкостью конденсатора называется величина: 
, где U – разность потенциалов между обкладками конденсатора.
Величина электроемкости конденсатора зависит от формы и размеров обкладок,
расстояния между ними и диэлектрических свойств среды, заполняющей пространство между обкладками. Так как электрическое поле конденсатора сосредоточено внутри него, внешние (даже заряженные) тела не оказывают влияния на величину электроемкости конденсатора. В качестве обкладок обычно используется тонкая металлическая фольга, а диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
Сопротивление - свойство проводников противодействовать прохождению электрического тока.
Сила тока - это величина, показывающая, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.
|
|
|
Напряжение - это величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению заряда из одной точки в другую.
Переходный процесс в электрической цепи – процесс, возникающий в результате различных воздействий (например: включений или отключений цепи от источника питания, обрывах или коротких замыканиях, импульсных возмущающих воздействий и так далее) и переводящих её из одного стационарного (установившегося) состояния в новое стационарное состояние.
Законы и соотношения, применяемые в работе:
Закон Ома для замкнутого участка цепи - сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его напряжению.
, где U - напряжение на концах отрезка (В), R - сопротивление цепи (Ом).
Второе правило Кирхгофа - в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма падений напряжения на участке контура равна алгебраической сумме ЭДС:
 |
Схема установки
Исходные данные
1) 
2) 
3) 
Погрешности прямых измерений
Основные расчетные формулы
1) Мгновенное значение напряжения на конденсаторе при зарядке:
|
|
|
(В), где
2) Мгновенное значение напряжения на конденсаторе при разрядке:
(В), где
3) Постоянная времени:
Таблицы измерений и вычислений
Таблица 1. Изменение напряжения на конденсаторе в моменты времени t при заряде.
| t, c | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| 0 | 0,52 | 1,9 | 2,75 | 3,64 | 4,32 | 4,95 | 5,56 | 6,12 | 6,58 |
| 0 | 0,09 | 0,21 | 0,32 | 0,43 | 0,55 | 0,65 | 0,76 | 0,86 | 0,96 |
| 0 | 1,83 | 3,33 | 4,63 | 5,62 | 6,44 | 7,23 | 7,79 | 8,29 | 8,71 |
| 0 | 1,22 | 2,32 | 3,31 | 4,19 | 4,99 | 5,71 | 6,35 | 6,93 | 7,46 |
| 0 | 0,13 | 0,25 | 0,38 | 0,50 | 0,63 | 0,75 | 0,87 | 0,99 | 1,10 |
| 0 | 2,46 | 4,42 | 5,98 | 7,23 | 8,22 | 9,01 | 9,63 | 10,14 | 10,54 |
| 2,49 | 2,38 | 2,28 | 2,17 | 2,07 | 1,96 | 1,85 | 1,74 | 1,64 | 1,53 |
| 1,74 | 1,72 | 1,70 | 1,67 | 1,65 | 1,63 | 1,60 | 1,58 | 1,55 | 1,53 |
| 2,49 | 2,27 | 2,04 | 1,81 | 1,58 | 1,36 | 1,13 | 0,90 | 0,68 | 0,45 |
| t, c | 50 | 55 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 |
|
| 7,08 | 7,46 | 7,82 | 8,46 | 9,01 | 9,46 | 9,85 | 10,16 | 10,42 | 10,66 |
|
| 1,06 | 1,17 | 1,27 | 1,44 | 1,65 | 1,84 | 2,02 | 2,20 | 2,37 | 2,54 |
|
| 9,03 | 9,30 | 9,55 | 9,93 | 10,20 | 10,38 | 10,53 | 10,63 | 10,71 | 10,77 |
|
| 7,92 | 8,35 | 8,72 | 9,37 | 9,89 | 10,32 | 10,66 | 10,93 | 11,16 | 11,34 |
|
| 1,22 | 1,34 | 1,45 | 1,67 | 1,89 | 2,11 | 2,32 | 2,52 | 2,73 | 2,92 |
|
| 10,85 | 11,11 | 11,31 | 11,60 | 11,78 | 11,90 | 11,97 | 12,02 | 12,05 | 12,07 |
|
| 1,42 | 1,32 | 1,21 | 0,99 | 0,78 | 0,57 | 0,35 | 0,14 | -0,08 | -0,30 |
|
| 1,50 | 1,48 | 1,45 | 1,40 | 1,34 | 1,28 | 1,22 | 1,16 | 1,09 | 1,02 |
|
| 0,22 | -0,01 | -0,23 | -0,69 | -1,14 | -1,60 | -2,05 | -2,51 | -2,96 | -3,42 |
| t, c | 140 | 150 | 160 | 170 | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 |
|
| 10,84 | 11,00 | 11,14 | 11,26 | 11,36 | 11,44 | 11,51 | 11,57 | 11,63 | 11,67 |
|
| 2,71 | 2,87 | 3,03 | 3,19 | 3,35 | 3,49 | 3,64 | 3,78 | 3,94 | 4,06 |
|
| 10,81 | 10,84 | 10,87 | 10,89 | 10,90 | 10,92 | 10,93 | 10,94 | 10,94 | 10,95 |
|
| 11,48 | 11,60 | 11,70 | 11,77 | 11,84 | 11,89 | 11,93 | 11,96 | 11,99 | 12,01 |
|
| 3,12 | 3,31 | 3,49 | 3,67 | 3,85 | 4,02 | 4,19 | 4,36 | 4,52 | 4,68 |
|
| 12,08 | 12,09 | 12,09 | 12,09 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 |
|
| -0,52 | -0,74 | -0,96 | -1,19 | -1,42 | -1,65 | -1,89 | -2,13 | -2,39 | -2,66 |
|
| 0,95 | 0,88 | 0,80 | 0,71 | 0,62 | 0,52 | 0,42 | 0,30 | 0,17 | 0,03 |
|
| -3,87 | -4,33 | -4,78 | -5,24 | -5,69 | -6,15 | -6,61 | -7,07 | -7,53 | -8,00 |
| t, c | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300 | |||
|
| 11,71 | 11,74 | 11,77 | 11,80 | 11,82 | 11,84 | 11,85 | |||
|
| 4,20 | 4,33 | 4,46 | 4,58 | 4,70 | 4,82 | 4,94 | |||
|
| 10,96 | 10,96 | 10,97 | 10,97 | 10,97 | 10,98 | 10,98 | |||
|
| 12,03 | 12,04 | 12,05 | 12,06 | 12,07 | 12,08 | 12,08 | |||
|
| 4,84 | 4,99 | 5,14 | 5,29 | 5,43 | 5,57 | 5,71 | |||
|
| 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | 12,10 | |||
|
| -2,94 | -3,25 | -3,60 | -4,00 | -4,52 | -5,33 | ||||
|
| -0,14 | -0,33 | -0,57 | -0,86 | -1,28 | -1,98 | ||||
|
| -8,48 | -8,98 | -9,50 | -10,1 | -10,7 | -11,7 | ||||
|
|
|
Таблица 2. Изменение напряжения на конденсаторе в моменты времени t при разряде.
| t, c | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
|
| 11,85 | 10,83 | 9,93 | 9,18 | 8,36 | 7,63 | 6,91 | 6,33 | 5,76 | 5,43 |
|
| 5,22 | 5,17 | 5,11 | 5,06 | 5,00 | 4,95 | 4,90 | 4,84 | 4,79 | 4,74 |
|
| 10,98 | 8,94 | 7,71 | 6,49 | 5,48 | 4,45 | 3,78 | 3,25 | 2,70 | 2,34 |
|
| 11,85 | 10,65 | 9,58 | 8,61 | 7,74 | 6,96 | 6,26 | 5,63 | 5,06 | 4,55 |
|
| 5,22 | 5,16 | 5,11 | 5,06 | 5,00 | 4,95 | 4,90 | 4,85 | 4,79 | 4,74 |
|
| 10,98 | 8,75 | 6,97 | 5,55 | 4,42 | 3,52 | 2,81 | 2,24 | 1,78 | 1,42 |
| 0 | 0,11 | 0,21 | 0,32 | 0,43 | 0,53 | 0,64 | 0,74 | 0,85 | 0,96 |
| 0 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,09 | 0,1 |
| 0 | 0,23 | 0,45 | 0,68 | 0,91 | 1,14 | 1,36 | 1,59 | 1,81 | 2,05 |
| t, c | 50 | 55 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 |
|
| 4,91 | 4,46 | 4,13 | 3,43 | 2,87 | 2,48 | 2,08 | 1,72 | 1,49 | 1,24 |
|
| 4,69 | 4,64 | 4,60 | 4,50 | 4,41 | 4,32 | 4,23 | 4,14 | 4,06 | 3,97 |
|
| 1,95 | 1,63 | 1,41 | 1,04 | 0,77 | 0,58 | 0,45 | 0,34 | 0,26 | 0,21 |
|
| 4,09 | 3,68 | 3,31 | 2,67 | 2,16 | 1,75 | 1,14 | 0,92 | 0,75 | 0,60 |
|
| 4,69 | 4,64 | 4,59 | 4,50 | 4,40 | 4,31 | 4,13 | 4,04 | 3,96 | 3,88 |
|
| 1,13 | 0,90 | 0,72 | 0,46 | 0,29 | 0,18 | 0,07 | 0,05 | 0,03 | 0,02 |
|
| 1,06 | 1,17 | 1,28 | 1,50 | 1,70 | 1,91 | 2,13 | 2,34 | 2,55 | 2,77 |
|
| 0,11 | 0,12 | 0,13 | 0,15 | 0,17 | 0,19 | 0,21 | 0,23 | 0,26 | 0,28 |
| 2,27 | 2,5 | 2,73 | 3,18 | 3,64 | 4,09 | 4,55 | 5 | 5,45 | 5,91 |
| t, c | 140 | 150 | 160 | 170 | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 |
|
| 1,06 | 0,89 | 0,75 | 0,65 | 0,55 | 0,47 | 0,40 | 0,34 | 0,29 | 0,25 |
|
| 3,89 | 3,82 | 3,74 | 3,67 | 3,59 | 3,52 | 3,45 | 3,38 | 3,31 | 3,25 |
|
| 0,17 | 0,14 | 0,11 | 0,10 | 0,08 | 0,07 | 0,06 | 0,05 | 0,05 | 0,04 |
|
| 0,49 | 0,39 | 0,32 | 0,26 | 0,21 | 0,17 | 0,14 | 0,11 | 0,09 | 0,07 |
|
| 3,79 | 3,71 | 3,64 | 3,56 | 3,48 | 3,41 | 3,34 | 3,27 | 3,20 | 3,13 |
|
| 0,01 | 0,007 | 0,005 | 0,003 | 0,002 | 0,001 | 0,0008 | 0,0005 | 0,0003 | 0,0002 |
|
| 2,98 | 3,19 | 3,40 | 3,62 | 3,83 | 4,04 | 4,26 | 4,47 | 4,68 | 4,89 |
|
| 0,30 | 0,32 | 0,34 | 0,36 | 0,38 | 0,40 | 0,43 | 0,45 | 0,47 | 0,49 |
|
| 6,36 | 6,82 | 7,27 | 7,72 | 8,18 | 8,64 | 9,09 | 9,55 | 10 | 10,45 |
| t, c | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300 | |||
|
| 0,22 | 0,19 | 0,16 | 0,14 | 0,12 | 0,11 | 0,09 | |||
|
| 3,18 | 3,12 | 3,06 | 3,00 | 2,94 | 2,88 | 2,82 | |||
|
| 0,04 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | |||
|
| 0,06 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | |||
|
| 3,07 | 3,00 | 2,94 | 2,88 | 2,85 | 2,82 | 2,76 | |||
|
| 0,0001 | 0,00008 | 0,00005 | 0,00003 | 0,00002 | 0,00001 | 0,00001 | |||
|
| 5,11 | 5,32 | 5,53 | 5,74 | 5,96 | 6,17 | 6,38 | |||
|
| 0,51 | 0,53 | 0,55 | 0,57 | 0,60 | 0,62 | 0,64 | |||
|
| 10,91 | 11,36 | 11,82 | 12,27 | 12,73 | 13,18 | 13,64 | |||
Пример вычислений
1. 
(В)
2. 
(В)
3. τ = 470 
(с)
4. 
= 
Графический материал
Вывод
В ходе выполнения лабораторной работы мы определили постоянную времени RC -цепи, теоретически и экспериментально. Постоянные по времени для трех различных значений емкостей конденсатора и сопротивления резистора составили:
Отличия теоретического значения от экспериментального составили:
В первом случае 
Во втором случае 
В третьем случае 
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!