Файл: Лабораторная работа по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы Исследование процессов заряда и разряда конденсатора Выполнил студент гр. Эрс202 Бурцев К. Р.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 47
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра общей физики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
По дисциплине Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема работы: Исследование процессов заряда и разряда конденсатора
Выполнил студент гр. ЭРС-20-2 Бурцев К. Р.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
Оценка:
Дата:
Проверил
руководитель работы:
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург 2021
-
Цель работы
Экспериментальная проверка экспоненциального характера процессов заряда и разряда конденсатора. 2. Экспериментальное определение постоянной времени RC-цепи.
-
Краткое теоретическое содержание:
Явление, изучаемое в работе:
способность конденсатора накапливать и отдавать электрический заряд.
Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
Электроемкость - способность проводников накапливать электрический заряд.
Конденсатор -система из двух изолированных друг от друга проводников, которые называют пластинами (обкладками).
Электрическое поле - вид материи, окружающей электрические заряды и проявляющийся в действии на эти заряды.
Напряженность - силовая характеристика электрического поля.
Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля.
Электрический заряд — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях.
Диэлектрик (изолятор) — материал, плохо проводящий или совсем не проводящий электрический ток.
RC-цепь - электрическая цепь, состоящая из конденсатора и резистора.
Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):
Второе правило Кирхгофа:
, 
Формула переменного тока:
Схема установки:-
Основные расчетные формулы:
1)
- 
- сопротивление, Ом;
- напряжение в начальный момент времени, В;
- емкость конденсатора, Ф;
- время, с;2)
- зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе его разряда;3)
- постоянная времени RC-цепи.-
Исходные данные
1) первый комплект
Ф, 
Ом, 
В2) второй комплект
Ф, 
Ом, 
В.3) третий комплект
Ф, Ом, 
В.-
Таблицы результатов
Таблица 1:
Теоретические значения напряжения на конденсаторах при разрядке и зарядке в трех комплектах RC-цепей:
| | Комплект 1 | Комплект 2 | Комплект 3 | |||
| t, c | Uc1 заряд. | Uc1 разряд. | Uc2 заряд. | Uc2 разряд. | Uc3 заряд. | Uc3 разряд. |
| 5 | 1,22 | 10,69 | 0,13 | 7,06 | 2,46 | 8,59 |
| 10 | 2,32 | 9,61 | 0,25 | 6,99 | 4,42 | 6,84 |
| 15 | 3,31 | 8,64 | 0,38 | 6,92 | 5,98 | 5,45 |
| 20 | 4,19 | 7,77 | 0,50 | 6,84 | 7,23 | 4,34 |
| 25 | 4,99 | 6,99 | 0,63 | 6,77 | 8,22 | 3,46 |
| 30 | 5,71 | 6,28 | 0,75 | 6,70 | 9,01 | 2,76 |
| 35 | 6,35 | 5,65 | 0,87 | 6,63 | 9,63 | 2,20 |
| 40 | 6,93 | 5,08 | 0,99 | 6,56 | 10,14 | 1,75 |
| 45 | 7,46 | 4,56 | 1,10 | 6,49 | 10,54 | 1,39 |
| 50 | 7,92 | 4,10 | 1,22 | 6,42 | 10,85 | 1,11 |
| 55 | 8,35 | 3,69 | 1,34 | 6,35 | 11,11 | 0,88 |
| 60 | 8,72 | 3,32 | 1,45 | 6,28 | 11,31 | 0,70 |
| 70 | 9,37 | 2,68 | 1,67 | 6,15 | 11,60 | 0,45 |
| 80 | 9,89 | 2,17 | 1,89 | 6,02 | 11,78 | 0,28 |
| 90 | 10,32 | 1,75 | 2,11 | 5,90 | 11,90 | 0,18 |
| 100 | 10,66 | 1,42 | 2,32 | 5,77 | 11,97 | 0,11 |
| 120 | 11,16 | 0,93 | 2,73 | 5,53 | 12,05 | 0,05 |
| 140 | 11,48 | 0,60 | 3,12 | 5,30 | 12,08 | 0,02 |
| 160 | 11,70 | 0,40 | 3,49 | 5,08 | 12,09 | 0,01 |
| 180 | 11,84 | 0,26 | 3,85 | 4,87 | 12,10 | 0,00 |
| 220 | 11,99 | 0,11 | 4,52 | 4,47 | 12,10 | 0,00 |
| 260 | 12,05 | 0,05 | 5,14 | 4,11 | 12,10 | 0,00 |
| 300 | 12,08 | 0,02 | 5,71 | 3,77 | 12,10 | 0,00 |
Таблица 2:
Экспериментальные значения напряжения на конденсаторах при разрядке и зарядке в трех комплектах RC-цепей:
| | Комплект 1 | Комплект 2 | Комплект 3 | |||
| t,c | Uc1 заряд. | Uc1 разряд. | Uc2 заряд. | Uc2 разряд. | Uc3 заряд. | Uc3 разряд. |
| 5 | 1,03 | 10,65 | 0,11 | 5,12 | 1,91 | 9,04 |
| 10 | 2,04 | 9,77 | 0,22 | 5,07 | 3,51 | 7,44 |
| 15 | 2,94 | 9,02 | 0,34 | 5,01 | 4,87 | 6,26 |
| 20 | 3,70 | 8,28 | 0,45 | 4,96 | 5,83 | 5,27 |
| 25 | 4,44 | 7,50 | 0,56 | 4,90 | 6,68 | 4,34 |
| 30 | 5,04 | 6,93 | 0,67 | 4,86 | 7,28 | 3,63 |
| 35 | 5,66 | 6,28 | 0,78 | 4,81 | 7,92 | 3,08 |
| 40 | 6,17 | 5,77 | 0,88 | 4,76 | 8,36 | 2,55 |
| 45 | 6,67 | 5,27 | 0,98 | 4,70 | 8,68 | 2,21 |
| 50 | 7,02 | 4,82 | 1,09 | 4,64 | 9,00 | 1,91 |
| 55 | 7,54 | 4,37 | 1,19 | 4,61 | 9,39 | 1,58 |
| 60 | 7,86 | 4,05 | 1,29 | 4,56 | 9,58 | 1,34 |
| 70 | 8,58 | 3,41 | 1,48 | 4,47 | 9,95 | 0,99 |
| 80 | 9,18 | 2,86 | 1,68 | 4,37 | 10,21 | 0,74 |
| 90 | 9,60 | 2,41 | 1,86 | 4,28 | 10,40 | 0,55 |
| 100 | 9,95 | 2,03 | 2,05 | 4,20 | 10,54 | 0,41 |
| 120 | 10,50 | 1,46 | 2,40 | 4,02 | 10,71 | 0,25 |
| 140 | 10,90 | 1,05 | 2,74 | 3,86 | 10,80 | 0,15 |
| 160 | 11,20 | 0,75 | 3,08 | 3,71 | 10,85 | 0,10 |
| 180 | 11,40 | 0,55 | 3,38 | 3,57 | 10,89 | 0,07 |
| 220 | 11,66 | 0,30 | 3,96 | 3,29 | 10,92 | 0,04 |
| 260 | 11,80 | 0,16 | 4,50 | 3,04 | 10,93 | 0,04 |
| 300 | 11,88 | 0,10 | 5,00 | 2,80 | 10,93 | 0,04 |
Таблица 3:
Зарядные характеристики конденсаторов трех RC-цепей в полулогарифмическом масштабе:
Um1=11,89 В Um2=5,01 В Um3=10,94 В
Uнач1=11,88 В Uнач2=5,18 В Uнач3=10,93 В
| | Комплект 1 | Комплект 2 | Комплект 3 | |||||
| t, c | ln(Um1-Uc1) | ln(U0/Uc1) | ln(Um2-Uc2) | ln(U0/Uc2) | ln(Um3-Uc3) | ln(U0/Uc3) | ||
| 5 | 2,39 | 0,11 | 1,59 | 0,01 | 2,20 | 0,19 | ||
| 10 | 2,29 | 0,20 | 1,57 | 0,02 | 2,01 | 0,38 | ||
| 15 | 2,19 | 0,28 | 1,54 | 0,03 | 1,80 | 0,56 | ||
| 20 | 2,10 | 0,36 | 1,52 | 0,04 | 1,63 | 0,73 | ||
| 25 | 2,01 | 0,46 | 1,49 | 0,06 | 1,45 | 0,92 | ||
| 30 | 1,92 | 0,54 | 1,47 | 0,06 | 1,30 | 1,10 | ||
| 35 | 1,83 | 0,64 | 1,44 | 0,07 | 1,11 | 1,27 | ||
| 40 | 1,74 | 0,72 | 1,42 | 0,08 | 0,95 | 1,46 | ||
| 45 | 1,65 | 0,81 | 1,39 | 0,10 | 0,82 | 1,60 | ||
| 50 | 1,58 | 0,90 | 1,37 | 0,11 | 0,66 | 1,74 | ||
| 55 | 1,47 | 1,00 | 1,34 | 0,12 | 0,44 | 1,93 | ||
| 60 | 1,39 | 1,08 | 1,31 | 0,13 | 0,31 | 2,10 | ||
| 70 | 1,20 | 1,25 | 1,26 | 0,15 | -0,01 | 2,40 | ||
| 80 | 1,00 | 1,42 | 1,20 | 0,17 | -0,31 | 2,69 | ||
| 90 | 0,83 | 1,60 | 1,15 | 0,19 | -0,62 | 2,99 | ||
| 100 | 0,66 | 1,77 | 1,09 | 0,21 | -0,92 | 3,28 | ||
| 120 | 0,33 | 2,10 | 0,96 | 0,25 | -1,47 | 3,78 | ||
| 140 | -0,01 | 2,43 | 0,82 | 0,29 | -1,97 | 4,29 | ||
| 160 | -0,37 | 2,76 | 0,66 | 0,33 | -2,41 | 4,69 | ||
| 180 | -0,71 | 3,07 | 0,49 | 0,37 | -3,00 | 5,05 | ||
| 220 | -1,47 | 3,68 | 0,05 | 0,45 | -3,91 | 5,61 | ||
| 260 | -2,41 | 4,31 | -0,67 | 0,53 | -4,61 | 5,61 | ||
| 300 | -4,61 | 4,78 | -4,61 | 0,62 | -4,61 | 5,61 | ||
-
Графический материал
Из графика получено экспериментальное значение постоянной времени RC–цепи
. При напряжении 
В рассчитана 
с.
с.
Из графика получено экспериментальное значение постоянной времени RC–цепи
. При напряжении 
В определяется постоянная времени RC-цепи, но в условиях данного графика это выполнить невозможно.
с.
Из графика получено экспериментальное значение постоянной времени RC–цепи
. При напряжении 
В рассчитана 
с.
с.
Выше приведен качественный вид графика, характеризующего разрядную характеристику конденсатора в полулогарифмическом масштабе. С помощью данного графика можно найти котангенс угла наклона прямой к оси t, как отношение
=57 cНесоответствие теоретическим данным 18%
Выше приведен качественный вид графика, характеризующего разрядную характеристику конденсатора в полулогарифмическом масштабе. С помощью данного графика можно найти котангенс угла наклона прямой к оси t, как отношение