Лаба5. Процессы_установления_тока_при_разрядке. Преподаватель доцент, к ф. м н., доцент Н. Н. Литвинова должность, уч степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия отчет о лабораторной работе 6 Процессы установления тока при разрядке и разрядке конденсатора по курсу общая физика
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» КАФЕДРА № 41 ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ доцент, к.ф.-м.н., доцент Н.Н.Литвинова должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №6 Процессы установления тока при разрядке и разрядке конденсатора по курсу: ОБЩАЯ ФИЗИКА РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. № 4736 подпись, дата инициалы, фамилия Санкт-Петербург 2018 vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 Цель работы: определить электроёмкость конденсатора и активное сопротивление при разрядке конденсатора. 1.Краткое описание лабораторной установки: Таблица 1 Название прибора Цена деления Предел измерения Класс точности Погрешность Вольтметр 0,2В 10 1 0,1 Микроамперметр 5мкА 150 1,5 2,25 Секундомер 0,1с - - 0,05 Схема лабораторной установки приведена на рис.1. Напряжение на выходе которого измеряется вольтметром V. Сила тока зарядки и разрядки конденсаторов измеряется при помощи микроамперметра. R 0 и R р – сопротивления цепей зарядки и разрядки конденсаторов. Переключатель П1,2 служит для подключения к схеме конденсаторов С1 или С2, П3 – для зарядки и разрядки конденсаторов, П5 – для включения схемы. Переключатели П4 и П6 используются для приведения схемы в рабочее состояние, а также для ускорения процессов зарядки и разрядки конденсаторов. В рабочем состояние П4 и П6 – разомкнуты. R 0 R p Рис. 1 vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 2.Рабочие формулы: U = RI, dt dq I , q = CU. (1) где С – емкость конденсатора; R – сопротивление проводника. Определение емкости и сопротивления в цепи зарядки и разрядки конденсатора: Вычислим натуральный логарифм разрядного тока t RC I I 1 ln ln 0 . (2) Уравнение эквивалентно уравнению прямой. Если ввести обозначения y = lnI, a = lnI 0 , tg RC b 1 , то получим y = a + bx. (3) Из этой формулы можно найти значение ln(I 0 ) и по его значению с помощью таблицы определяют начальное значение разрядного тока I 0 и вычисляют R и C по формулам , 1 , 0 0 b R C I U R (4), (5) где U 0 – напряжение, измеряемое на выходе источника питания. , 1 , 1 1 1 n i i n i i y n y x n x (5), (6) n i n i y y y D x x x D 1 2 2 1 2 2 ) ( , ) ( (7), (8) 3.Результаты измерений и вычислений: vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 Результаты измерений представлены в таб. 2. Таблица 2 U 0 =6(B) U 0 =6(B) С 1 С 2 t(c) Зарядка Разрядка t(c) Зарядка Разрядка I(мкА) ln(I) I(мкА) ln(I) I(мкА) ln(I) I(мкА) ln(I) 5 123 4,8 69 4,2 5 103 4,6 70 4,2 10 104 4,6 62 4,1 10 71 4,2 54 4 15 89 4,5 55 4 15 51 3,9 43 3,8 20 75 4,3 50 3,9 20 37 3,6 35 3,6 25 64 4,1 45 3,8 25 26 3,3 28 3,4 30 54 4 40 3,7 30 19 2,9 24 3,2 35 45 3,8 36 3,6 35 15 2,7 20 3 40 40 3,7 32 3,4 40 10 2,3 15 2,7 45 27 3,3 27 3,3 45 6 1,8 12 2,5 50 23 3,1 23 3,1 50 5 1,6 9 2,2 Результаты вычислений представлены в таб. 3. Таблица 3 4.Примеры вычислений: Методы C1 (мкФ) C2 (мкФ) R э (кОм) R р (кОм) Графический 148 138 50 80 Аналитический 555 357 46 70 vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 Для графического метода: b= - ln(I 0 )/t 1 = -4,2 / 50 = 0,084 R= U 0 /I 0 = 6 / (69*10 -6 ) = 80 (кОм) C 1 = 1/ (R*|b|) = 1/ (0,08 * 0,084) = 148 (мкФ) Для аналитического метода: =1/10* (5+10+15+20+25+30+35+40+45+50) = 27,5 (с) = 1/10* (4,2+4,1+4+3,9+3,8+3,7+3,6+3,4+3,3+3,2) = 37,2 (А) y i =1/10*(4,2*5+4,1*10+4*15+3,9*20+3,8*25+3,7*30+3,6*35+3,4 *40+3,3*45++3,2*50) = 97,65 D(x) = 1/n *∑ i >- 2 = 962,5-756,25=206,25 D(y)= 1384,84-139,44=1245,4 b = ( a= a = ln (I 0 ) => I 0 = e 5,37 = 214 (А) R = U 0 /I 0 = 6/(214* 10 -6 )= 30 (кОм) С = 1/(R*|b|) = 1/(0,03*0,06) = 555 (мкФ) 5.Расчет погрешностей: 6.Вывод: Как можно заметить из «таблица 2», значения электроёмкости, а также значения сопротивлений графическим и аналитическим способом имеют различия. При графическом способе C1 = 148 мкФ, С2 = 138 мкФ, а при аналитическом С1 = 555 мкФ и С2 = 357 мкФ. Также и для сопротивлений. Графическим способом было выявлено сопротивление зарядки, равное Rз = 50 кОм и сопротивление при разрядке конденсатора Rр = 80 кОм, а в аналитическом способе Rз = 46 кОм и Rр = 70, при этом сопротивления отличаются незначительно, тогда как электроёмкости имеют более значительное различие. Это связано со всевозможными погрешностями при проведении эксперимента. Также из графиков можно заметить, что конденсаторы С1 и С2 с разрядным током имеют большую стабильность, чем зарядные. vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 Рис.2.Графики зависимости зарядного и разрядного тока от времени конденсатора C1 (Красный график – для зарядного тока, синий – для разрядного) Рис.3. Графики зависимости зарядного и разрядного тока от времени конденсатора C2 (Красный график – для зарядного тока, синий – для разрядного) vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 Рис.4. Графики зависимости логарифма зарядного и разрядного тока от времени конденсатора C1 (Красный график – для зарядного тока, синий – для разрядного) Рис.5. Графики зависимости логарифма зарядного и разрядного тока от времени конденсатора C2 (Красный график – для зарядного тока, синий – для разрядного) vk.com/id446425943 vk.com/club152685050 |