Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра общей и технической физики

Отчёт по лабораторной работе № 11

 

 

По дисциплине:                                        Физика

                              (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «исСледование процессов накопления и релаксации заряда в диэлектрических материалах»

 

Выполнил: студент    гр. РМ-11      ______________                  /Черемисин А.Е./

                                                                                                                                    ^{(подпись)                                                                                (Ф.И.О.)}  

 

Проверил:                                          ____________                          /                   /

                                                                                                                                     ^{(подпись)                                                                                (Ф.И.О.)}

 

 

Санкт-Петербург

2012

 

Цель работы: 1. Определение постоянной времени RC-цепи.

                       2.Определение входного сопротивления вольтметра путем измерения разрядных характеристик конденсатора.

                       3. Оценка величины заряда, не связанного с поляризацией диэлектрика в конденсаторе.

 

 

Краткие теоретические сведения

Релаксация заряда

Релаксация заряда в базе Q(t) зависит от схемы включения , так как она определяется не только рекомбинацией неравновесных носителей, но и током базы составляющей тока эмиттера.

Для исследования релаксации заряда конкретного вида, например, инжектированного гомозаряда, обычно используются изотермические процессы при повешенной температуре, учитывается перезахват носителей заряда мелкими ловушками и процесс высвобождения носителей, захваченных глубокими ловушками.

Квазистационарные процессы

Квазистационарными процессами называют процессы, протекающие в ограниченной системе и распространяющиеся в ней так быстро, что за время распространения этого процесса в пределах ее системы ее состояние не успевает измениться. Понятие квазистационарный процесс может быть применен и к другим системам – механическим и термодинамическим.

Квазистационарные процессы можно исследовать с помощью законов постоянного тока, если применять эти законы к мгновенным значениям сил токов и напряжений на участках цепи.

Из-за огромного значения скорости света время установления электрического равновесия в цепи оказывается весьма малым. Поэтому к квазистационарным можно отнести многие достаточно быстрые в обычном смысле процессы. Например, быстрые колебания в радиотехнических цепях с частотами порядка миллиона колебаний в секунду и даже выше очень часто еще можно рассматривать как квазистационарные.

Процессы, протекающие во времени в цепях обычно являются медленными в рассматриваемом смысле. В данной работе рассматривается процесс накопления заряда на конденсаторе С (т.е. его зарядка от источника напряжения) и релаксация этого заряда (т.е. разряд конденсатора) в цепи сопротивлением R. Ниже будет показано, что при разумных значениях емкости и сопротивления данный процесс можно считать квазистационарным.

Конденсатор - электроэлемент, который накапливает электричество в форме электрического поля.

Переходный процесс - процесс изменения во времени характеристик динамической системы при её переходе из одного установившегося состояния в другое под действием приложенного возмущения.

Постоянная времени RC – величина, показывающая через какое время после начала разряда напряжение на конденсаторе уменьшается в е = 2,72 раз.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Инжекция носителей заряда - увеличение концентрации носителей заряда в полупроводнике (диэлектрике) в результате переноса носителей током из областей с повышенной концентрацией под действием внешнего электрического поля.

Миграционные заряды - избыточные электрические заряды, сообщённые проводящему или непроводящему телу и вызывающие нарушение его электронейтральности.

 

 

Схема установки

Расчетные формулы:

1) зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе его заряда

где: U_c – мгновенное значение напряжения на конденсаторе (В), R – сопротивление цепи (Ом), С – электроемкость конденсатора (Ф).

2)                                зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе его разряда

где U_нач – начальное напряжение (В)

3)  Где: - постоянной времени RC – цепи, R – сопротивление цепи (Ом), С – электроемкость конденсатора (Ф).

4)   

где:  – интервал времени между измерениями напряжений  и  на емкости в процессе ее разрядки.

.     Где: U_c – мгновенное значение напряжения на конденсаторе (В), R – сопротивление цепи (Ом)

. Нахождение заряда, оставшегося в диэлектрике, при известной зависимости I(t) за очень большое время наблюдения.

 

где:   - оставшийся в диэлектрике заряд, S – площадь под графиком  I(t), а I₁ и t₁ –масштабы по осям тока и времени соответственно.

 

. Полный заряд заряженного конденсатора.

Формулы погрешностей косвенных измерений:

- среднеквадратичная погрешность тока разряда конденсатора во внешней цепи;

 - среднеквадратичная погрешность заряда, оставшегося в диэлектрике после исчезновения поляризационного заряда;

- среднеквадратичная погрешность полного заряда заряженного конденсатора.

 

Таблица исходных данных

Таблица 1.

                                                         Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его заряда

U₀= 12,1В, R=100кОм, С=470мкФ,

t,c	6	12	19	28	38	51	67	92	134
Uc,B	1,2	2,4	3,6	4,8	6	7,2	8,4	9,6	10,8
Uc теор,В	1,294348	2,433572	3,591284	4,847559	5,988372	7,151049	8,20389	9,27484	10,17595

 

 

 - пример расчета мгновенного значения напряжения на конденсаторе для первого значения времени (остальные значения приведены в таблице 1).

Таблица 2.

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда

U_нач= 10,8В,   R=100кОм, С=470мкФ,

t,c	6	13	22	32	45	59	85	127	180
Uc,B	9,6	8,4	7,2	6	4,8	3,6	2,4	1,2	0
Uc теор,В	9,505652	8,190299	6,762962	5,466809	4,145815	3,077837	1,770099	0,724277	0,234514

- пример расчета мгновенного значения напряжения на конденсаторе для первого значения времени (остальные значения приведены в таблице 2).

 

Таблица 3.

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра R_в

U_нач= 11,9В,       С=470мкФ

№ измерения	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t, c	50	93	136	177	223	169	317	365	413
Uс,B	11,8	11,7	11,6	11,5	11,4	11,3	11,2	11,1	11
Пара №-в измер., выбр. Для расч.	1 и 5	3 и 7	2 и 8	4 и 8	5 и 9	1 и 6	2 и 7	3 и 8	4 и 9
Rв,МОм	10,67	10,97	10,99	11,30	11,32	6,34	10,91	11,06	11,30

 

- расчет теоретического значения постоянной времени.

МОм – пример расчета первого значения сопротивления цепи (остальные значения приведены в таблице 3).

 

Таблица 4.

---

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 492; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

12Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!