Измерения и обработка результатов. Упражнение 1. Изучение процесса заряда конденсатора

Упражнение 1. Изучение процесса заряда конденсатора.

Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 4. Электроемкость батареи конденсаторов выберите равной 32 мкФ. Установите на выходе выпрямителя такое напряжение, при котором ток заряда в начальный момент времени будет соответствовать полному отклонению стрелки измерительного прибора.

Исследуйте зависимость силы зарядного тока I от времени. Для этого через каждые 10 секунд регистрируйте показания микроамперметра. (Заметим, что запуск секундомера при измерениях может не совпадать с моментом начала процесса заряда конденсатора в силу экспоненциальности этого процесса). Вычислите ln I. Результаты измерений и вычислений запишите в табл. 1:

 

Таблица 1

t
I
ln I
τ
RC ±Δ (RC)

 

Постройте график зависимости ln I от времени t. Определите время релаксации τ для наблюдаемого переходного процесса заряда конденсатора. При этом примите во внимание, что за время релаксации ln I уменьшается на единицу. Сравните τ с произведением RC. Оцените погрешность в определении произведения RC, используя формулу

и учитывая, что согласно маркировке на резисторе и конденсаторах батареи относительная погрешность параметров R и C составляет соответственно 2 и 10 %.

Значения τ и RC запишите в табл. 1.

Аналогичное исследование проведите при электроемкости батареи конденсаторов, равной 16 мкФ. Результаты сведите в таблицу 2, аналогичную табл. 1.

Упражнение 2. Изучение процесса разряда конденсатора.

Соберите установку по схеме, показанной на рис. 5. При C = 32 мкФ исследуйте зависимость силы тока от времени при разряде конденсатора.

Постройте график зависимости ln I от времени t. Определите время релаксации τ и сравните его с произведением RC, а также со значением τ, полученным в упражнении 1 при изучении процесса заряда конденсатора. Результаты измерений и вычислений сведите в таблицу 3, аналогичную табл. 1.

 

Контрольные вопросы

 

1. Дайте определение электроемкости конденсатора.

2. Какие типы конденсаторов Вам известны?

3. От чего зависит электроемкость плоского конденсатора? Выведите формулу для электроемкости плоского конденсатора.

4. Изобразите схемы последовательного и параллельного соединения трех конденсаторов. Сделайте вывод формул для расчета эквивалентных емкостей при этих соединениях конденсаторов.

5. По каким формулам вычисляется энергия заряженного конденсатора?

6. Напишите формулы, выражающие зависимость энергии конденсатора от времени в процессах, когда конденсатор заряжается и разряжается через линейное сопротивление.