Файл: Лабораторная работа по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы Исследование процессов заряда и разряда конденсатора Выполнил студент гр. Эс221 Тризна С. С.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 17
Скачиваний: 0
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. ЭС-22-1 Тризна С.С.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
Дата:
Проверил
руководитель работы:
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2021
Цель работы
1. 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:
,где I – мгновенное значение силы тока в цепи, UС – мгновенное значение напряжения на конденсаторе
Формула переменного тока:
, где q – заряд конденсатора, t – время, прошедшее с момента начала заряда, т. е. с момента включения ключа.
Схема установки:
Основные расчетные формулы:
(1)
- сопротивление, Ом;
- напряжение в начальный момент времени, В;
- емкость конденсатора, Ф;
- время, с;Зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе его разряда
(2)Постоянная времени RC-цепи.
(3)Исходные данные
1) первый комплект
Ф, 
Ом, 
В2) второй комплект
Ф, 
Ом, 
В.3) третий комплект
Ф, Ом, 
В.
Таблицы результатов
Таблица 1
Теоретические и экспериментальные значения напряжения на конденсаторах при зарядке в трех комплектах RC-цепей:
| | Комплект 1 | Комплект 2 | Комплект 3 | |||
| t, c | Uc1 | Uc1 теор | Uc2 | Uc2 теор | Uc3 | Uc3 теор |
| 5 | 1,06 | 1,22 | 0,13 | 0,13 | 1,83 | 2,46 |
| 10 | 2,05 | 2,32 | 0,25 | 0,25 | 3,04 | 4,42 |
| 15 | 2,93 | 3,31 | 0,35 | 0,38 | 3,83 | 5,98 |
| 20 | 3,67 | 4,19 | 0,46 | 0,50 | 4,43 | 7,23 |
| 25 | 4,41 | 4,99 | 0,56 | 0,63 | 4,86 | 8,22 |
| 30 | 5,00 | 5,71 | 0,67 | 0,75 | 5,16 | 9,01 |
| 35 | 5,54 | 6,35 | 0,77 | 0,87 | 5,36 | 9,63 |
| 40 | 6,06 | 6,93 | 0,86 | 0,99 | 5,53 | 10,14 |
| 45 | 6,52 | 7,46 | 0,96 | 1,10 | 5,68 | 10,54 |
| 50 | 6,91 | 7,92 | 1,05 | 1,22 | 5,75 | 10,85 |
| 55 | 7,30 | 8,35 | 1,15 | 1,34 | 5,79 | 11,11 |
| 60 | 7,62 | 8,72 | 1,23 | 1,45 | 5,84 | 11,31 |
| 70 | 8,20 | 9,37 | 1,40 | 1,67 | 5,90 | 11,60 |
| 80 | 8,68 | 9,89 | 1,57 | 1,89 | 5,95 | 11,78 |
| 90 | 9,08 | 10,32 | 1,73 | 2,11 | 5,97 | 11,90 |
| 100 | 9,40 | 10,66 | 1,89 | 2,32 | 5,98 | 11,97 |
| 110 | 9,68 | 10,93 | 2,04 | 2,52 | 5,99 | 12,02 |
| 120 | 9,91 | 11,16 | 2,18 | 2,73 | 6,00 | 12,05 |
| 130 | 10,10 | 11,34 | 2,32 | 2,92 | 6,00 | 12,07 |
| 140 | 10,26 | 11,48 | 2,45 | 3,12 | 6,01 | 12,08 |
| 150 | 10,39 | 11,60 | 2,58 | 3,31 | 6,01 | 12,09 |
| 160 | 10,50 | 11,70 | 2,70 | 3,49 | 6,01 | 12,09 |
| 170 | 10,50 | 11,77 | 2,82 | 3,67 | 6,02 | 12,09 |
| 180 | 10,52 | 11,84 | 2,93 | 3,85 | 6,02 | 12,10 |
| 190 | 10,58 | 11,89 | 3,04 | 4,02 | 6,02 | 12,10 |
| 200 | 10,66 | 11,93 | 3,15 | 4,19 | 6,02 | 12,10 |
| 210 | 10,70 | 11,96 | 3,25 | 4,36 | 6,02 | 12,10 |
| 220 | 10,72 | 11,99 | 3,35 | 4,52 | 6,02 | 12,10 |
| 230 | 10,75 | 12,01 | 3,45 | 4,68 | 6,02 | 12,10 |
| 240 | 10,78 | 12,03 | 3,53 | 4,84 | 6,02 | 12,10 |
| 250 | 10,81 | 12,04 | 3,62 | 4,99 | 6,03 | 12,10 |
| 260 | 10,83 | 12,05 | 3,70 | 5,14 | 6,03 | 12,10 |
| 270 | 10,84 | 12,06 | 3,79 | 5,29 | 6,03 | 12,10 |
| 280 | 10,85 | 12,07 | 3,86 | 5,43 | 6,03 | 12,10 |
| 290 | 10,87 | 12,07 | 3,94 | 5,57 | 6,03 | 12,10 |
| 300 | 10,88 | 12,08 | 4,02 | 5,71 | 6,03 | 12,10 |
Таблица 2:
Экспериментальные и теоритические значения напряжения на конденсаторах при разрядке в трех комплектах RC-цепей:
| | Комплект 1 | Комплект 2 | Комплект 3 | |||||
| t,c | Uc1 | Uc1 теор | Uc2 | Uc2 теор | Uc3 | Uc3 теор | ||
| 0 | 10,94 | 10,88 | 9,00 | 4,02 | 6,03 | 6,03 | ||
| 5 | 9,84 | 9,78 | 8,64 | 3,98 | 4,13 | 4,80 | ||
| 10 | 8,89 | 8,79 | 8,44 | 3,94 | 2,94 | 3,83 | ||
| 15 | 8,08 | 7,91 | 8,28 | 3,89 | 2,17 | 3,05 | ||
| 20 | 7,31 | 7,11 | 8,13 | 3,85 | 1,58 | 2,43 | ||
| 25 | 6,64 | 6,39 | 7,99 | 3,81 | 1,18 | 1,94 | ||
| 30 | 6,00 | 5,75 | 7,84 | 3,77 | 0,87 | 1,54 | ||
| 35 | 5,46 | 5,17 | 7,70 | 3,73 | 0,64 | 1,23 | ||
| 40 | 4,98 | 4,65 | 7,56 | 3,69 | 0,48 | 0,98 | ||
| 45 | 4,48 | 4,18 | 7,40 | 3,65 | 0,38 | 0,78 | ||
| 50 | 4,08 | 3,76 | 7,28 | 3,61 | 0,29 | 0,62 | ||
| 55 | 3,71 | 3,38 | 7,16 | 3,58 | 0,23 | 0,49 | ||
| 60 | 3,39 | 3,04 | 7,04 | 3,54 | 0,18 | 0,39 | ||
| 70 | 2,81 | 2,45 | 6,79 | 3,46 | 0,12 | 0,25 | ||
| 80 | 2,32 | 1,98 | 6,55 | 3,39 | 0,08 | 0,16 | ||
| 90 | 1,98 | 1,60 | 6,32 | 3,32 | 0,06 | 0,10 | ||
| 100 | 1,60 | 1,30 | 6,10 | 3,25 | 0,05 | 0,06 | ||
| 110 | 1,34 | 1,05 | 5,88 | 3,18 | 0,04 | 0,04 | ||
| 120 | 1,18 | 0,85 | 5,66 | 3,11 | 0,03 | 0,03 | ||
| 130 | 0,90 | 0,68 | 5,48 | 3,05 | 0,03 | 0,02 | ||
| 140 | 0,75 | 0,55 | 5,29 | 2,98 | 0,02 | 0,01 | ||
| 150 | 0,69 | 0,45 | 5,10 | 2,92 | 0,02 | 0,01 | ||
| 160 | 0,55 | 0,36 | 4,93 | 2,86 | 0,02 | 0,00 | ||
| 170 | 0,46 | 0,29 | 4,75 | 2,80 | 0,02 | 0,00 | ||
| 180 | 0,39 | 0,24 | 4,60 | 2,74 | 0,01 | 0,00 | ||
| 190 | 0,33 | 0,19 | 4,43 | 2,68 | 0,01 | 0,00 | ||
| 200 | 0,28 | 0,15 | 4,28 | 2,63 | 0,01 | 0,00 | ||
| 210 | 0,24 | 0,12 | 4,14 | 2,57 | 0,01 | 0,00 | ||
| 220 | 0,22 | 0,10 | 4,00 | 2,52 | 0,01 | 0,00 | ||
| 230 | 0,18 | 0,08 | 3,86 | 2,46 | 0,01 | 0,00 | ||
| 240 | 0,15 | 0,07 | 3,72 | 2,41 | 0,01 | 0,00 | ||
| 250 | 0,13 | 0,05 | 3,59 | 2,36 | 0,01 | 0,00 | ||
| 260 | 0,11 | 0,04 | 3,47 | 2,31 | 0,01 | 0,00 | ||
| 270 | 0,10 | 0,03 | 3,35 | 2,26 | 0,01 | 0,00 | ||
| 280 | 0,08 | 0,03 | 3,24 | 2,22 | 0,01 | 0,00 | ||
| 290 | 0,07 | 0,02 | 3,13 | 2,17 | 0,01 | 0,00 | ||
| 300 | 0,06 | 0,02 | 3,02 | 2,12 | 0,01 | 0,00 | ||
Таблица 3:
Зарядные характеристики конденсаторов трех RC-цепей в полулогарифмическом масштабе:
Um1=10,88 В Um2=4,02 В Um3=6,03 В
Uнач1=10,88 В Uнач2=4,02 В Uнач3=6,03 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) | ||
| 0 | | 0,10 | | 0,30 | | 0,70 | ||
| 5 | 2,28 | 0,21 | 1,36 | 0,34 | 1,44 | 1,07 | ||
| 10 | 2,18 | 0,31 | 1,33 | 0,36 | 1,10 | 1,41 | ||
| 15 | 2,07 | 0,40 | 1,30 | 0,38 | 0,79 | 1,72 | ||
| 20 | 1,98 | 0,50 | 1,27 | 0,40 | 0,47 | 2,04 | ||
| 25 | 1,87 | 0,60 | 1,24 | 0,42 | 0,16 | 2,33 | ||
| 30 | 1,77 | 0,70 | 1,21 | 0,43 | -0,14 | 2,63 | ||
| 35 | 1,68 | 0,80 | 1,18 | 0,45 | -0,40 | 2,94 | ||
| 40 | 1,57 | 0,89 | 1,15 | 0,47 | -0,69 | 3,23 | ||
| 45 | 1,47 | 0,99 | 1,12 | 0,49 | -1,05 | 3,46 | ||
| 50 | 1,38 | 1,09 | 1,09 | 0,51 | -1,27 | 3,73 | ||
| 55 | 1,28 | 1,18 | 1,05 | 0,52 | -1,43 | 3,96 | ||
| 60 | 1,18 | 1,27 | 1,03 | 0,54 | -1,66 | 4,21 | ||
| 70 | 0,99 | 1,46 | 0,96 | 0,58 | -2,04 | 4,61 | ||
| 80 | 0,79 | 1,65 | 0,90 | 0,61 | -2,53 | 5,02 | ||
| 90 | 0,59 | 1,81 | 0,83 | 0,65 | -2,81 | 5,31 | ||
| 100 | 0,39 | 2,02 | 0,76 | 0,68 | -3,00 | 5,49 | ||
| 110 | 0,18 | 2,20 | 0,68 | 0,72 | -3,22 | 5,71 | ||
| 120 | -0,03 | 2,33 | 0,61 | 0,76 | -3,51 | 6,00 | ||
| 130 | -0,25 | 2,60 | 0,53 | 0,79 | -3,51 | 6,00 | ||
| 140 | -0,48 | 2,78 | 0,45 | 0,83 | -3,91 | 6,41 | ||
| 150 | -0,71 | 2,86 | 0,36 | 0,86 | -3,91 | 6,41 | ||
| 160 | -0,97 | 3,09 | 0,28 | 0,90 | -3,91 | 6,41 | ||
| 170 | -0,97 | 3,27 | 0,18 | 0,94 | -4,61 | 6,41 | ||
| 180 | -1,02 | 3,43 | 0,09 | 0,97 | -4,61 | 7,10 | ||
| 190 | -1,20 | 3,60 | -0,02 | 1,00 | -4,61 | 7,10 | ||
| 200 | -1,51 | 3,77 | -0,14 | 1,04 | -4,61 | 7,10 | ||
| 210 | -1,71 | 3,92 | -0,26 | 1,07 | -4,61 | 7,10 | ||
| 220 | -1,83 | 4,01 | -0,40 | 1,11 | -4,61 | 7,10 | ||
| 230 | -2,04 | 4,21 | -0,56 | 1,14 | -4,61 | 7,10 | ||
| 240 | -2,30 | 4,39 | -0,71 | 1,18 | -4,61 | 7,10 | ||
| 250 | -2,66 | 4,53 | -0,92 | 1,22 | | 7,10 | ||
| 260 | -3,00 | 4,70 | -1,14 | 1,25 | | 7,10 | ||
| 270 | -3,22 | 4,80 | -1,47 | 1,28 | | 7,10 | ||
| 280 | -3,51 | 5,02 | -1,83 | 1,32 | | 7,10 | ||
| 290 | -4,61 | 5,15 | -2,53 | 1,35 | | 7,10 | ||
| 300 | | 5,31 | | 1,39 | | 7,10 | ||