МУ-Э-103 (1003825), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Изучить влияние на процесс зарядки изменений емкости С при неизменныхпараметрах напряжения U и сопротивления R.3. Изучить влияние на ток зарядки конденсатора изменений напряжения U исопротивления R (емкость конденсатора не изменять).4. Записать уравнения, описывающие процессы зарядки и разрядки конденсатора вовремени и в зависимости от измеренных величин, построить экспериментальные графикизависимостей и оценить погрешности проводимых измерений.Порядок выполнения эксперимента1. Собрать требуемую схему экспериментальной установки согласно рис.5.
Насоединения рис.4 не обращать внимания. Преобразование одной схемы в другую по рис.5производить перестыковкой разъемов Р1 и Р2 на выходе источника питания. Конденсатор С вобеих схемах подключен одинаково. Нельзя допускать подключения микроамперметра кисточнику питания без последовательно включенных высокоомных резисторов!!!82. Провести измерения значений зарядного и разрядного токов емкости в зависимостиотвремениприопределенных значениях приложенногонапряжения изарядногосопротивления (U = 9 В, R = 2.0 МОм). Измерения производить одно или многократнымподключением (из положения «а» в положение «б») цепи заряда или разряда конденсатора сфиксацией показаний цифрового мультиметра через определенные интервалы времени,отсчитываемыеручнымсекундомером.Результатбыстропротекающихпроцессовфиксировать как среднее значение из нескольких измерений.
Замеры производить отмаксимального значения I max до уровня 0,1I max .Результаты представить в табличной форме по типу таблиц 1-4. Допускается выбордругих значений сопротивления, общего для таблиц 1-4, величин емкостей и моментоввремени измерения зарядного и разрядного токов.Таблица 1. Зарядный ток емкости (мкА) в различные моменты времени (U= 9 В, R = 2.0 МОм).t, cC,20406080100…200220240мкФ6030Таблица 2.
Зарядный ток емкости (мкА) в различные моменты времени (U = 9 В, R=2.0 МОм).t, cC,2468101214161820мкФ4,71,0Таблица 3. Разрядный ток емкости (мкА) в различные моменты времени (U = 9 В, R= 2.0 МОм).t, cC,мкФ603020406080100…2002202409Таблица 4. Разрядный ток емкости (мкА) в различные моменты времени (U= 9 В, R=2.0 МОм).t, cC,2468101214161820мкФ4,71,03. Определить по отдельности зависимость начального зарядного тока I 0 от величинызарядного сопротивления и напряжения источника питания. Емкость в опытах не менять.Величины сопротивлений устанавливать 1, 2, 3 и 4 МОм при одном и том же значениинапряжения. Величины зарядного напряжения устанавливать 2, 4, 6 и 8 В при одном и том жевыбранном значении сопротивления.
Результаты измерений занести в таблицу 5.Таблица 5. Величина начального зарядного тока конденсатора для различных значенийзарядного сопротивления и напряжения источника. Сила тока в мкА; неизменные параметры:(U = 9 В; С = 30 мкФ;)R, МОм123(R = 2 МОм; С = 30 мкФ)U, В4I0, мкА2468I0, мкА4.
Для четырех значений зарядного сопротивления, используемых в настоящей работепостроить экспериментальные зависимости изменения тока заряда во времени. Выбранныезначения емкости конденсатора и напряжение источника питания не изменять. Результатызанести в таблицу 6.Таблица 6. Зарядный ток конденсатора во времени для различных сопротивлений.Сила тока в мкА; неизменные параметры: U = 9 В; С = 4,7 мкФ.t, cR,МОм4,03,02,01,02468101214161820105.
Определить зависимость I(t) для различных значений зарядного напряжения U приодних и тех же значениях емкости и сопротивления, параметры которых выбратьсамостоятельно. Результаты измерений занести в таблицу 7 (интервалы времени можноизменять для расширения диапазона измеряемых токов примерно от I max до 0,1I max ):t, c2U, В4681012141618202,04,06,08,06. Обработка полученных результатов опытов.6.1. По данным таблиц 1-4 построить графики зависимостей силы тока заряда и разрядаотвременидляразличныхзначенийемкостииспользуяравномернуюиполулогарифмическую шкалы. Графически определить постоянную времени для двухвариантов цепи.Вид экспериментальных зависимостей I(t), при использовании различных масштабовпо оси значений силы тока, показан на рис.6.Рис.6.
Зависимости зарядного тока от времени для различных емкостей конденсатора.6.2. Для одного варианта опытов из таблиц 1 или 2 построить полулогарифмическийграфик изменения тока через конденсатор с обозначением интервала изменений измеренныхзначений в пределах минимального и максимального углов наклона прямых по типу рис.7.
Пографикам определить минимальное и максимальное значения постоянной времени цепи - RC. Значениеопределяется углом наклона прямых рис. 7. Формула дляопределения постоянной времени цепи вытекает из соотношения (11):11t1 t 2ln U 0 ln U.(15)Рис.7. График изменения напряжения на конденсаторе при разряде.6.3. Построить графики зависимости по результатам таблицы 5. Для зависимости токаI 0 от сопротивления брать логарифмический масштаб графика, для зависимости от емкостиполулогарифмический. Отметим, что начальное значение зарядного тока I 0 от емкости C независит. Вид графиков приведен на рис.8.Рис.8.
Вид графиков зависимостей I 0 ( R) и I 0 (U ) .При обработке результатов измерений по п. 5 использовать полулогарифмическиймасштаб (примерный вид графиков представлен на рис.9).12Рис.9. Изменение тока зарядки для различных сопротивлений6.4. По результатам таблицы 7 построить зависимость I(t) для различных значенийзарядного напряжения U при одних и тех же значениях емкости и сопротивления. Видзависимостей представлен на рис.10. По данным зависимостям, имеющим одинаковыйнаклон, определите экспериментальное значение сопротивления зарядного резистора иоцените погрешность этого определения, отталкиваясь от действительного значениясопротивления резистора.Рис.10. Изменение зарядного тока во времени при различных напряжениях.Форма отчета по лабораторной работеФорма отчета по лабораторной работе должна соответствовать общепринятым накафедре «Физика» требованиям.
Предварительный отчет, подготавливаемый студентом довыполнения лабораторной работы, должен включать: наименование и номер лабораторной13работы, краткое изложение цели работы, основные теоретические сведения по темелабораторной работы, письменный ответ на пять контрольных вопросов методички, схемулабораторной установки с обозначениями и расшифровкой позиций, заготовки таблиц дляразмещения данных. Окончательный отчет должен включать раздел по обработкеэкспериментальных данных с выполнением необходимых расчетов и заключение или выводыпо работе. Выводы должны отражать достижение поставленных целей.Способы и средства контроля знаний студентаДлядопускаклабораторнойработестудентпредъявляетпреподавателюпредварительно оформленный отчет и демонстрирует знание теории по теме лабораторнойработы и методике ее выполнения.
В качестве средства контроля знаний студентов по даннойработе используются следующие контрольные вопросы.Контрольные вопросы1. Знать единицы измерения и размерности электрических величин, встречающихся вданной работе: емкость, сопротивление, напряжение, сила тока, заряд, электрическаяпостоянная и др.2. Как определяется емкость системы конденсаторов при их последовательном,параллельном и смешанном соединениях?3.
Формула для определения емкости плоского конденсатора.4. Формулы для определения энергии заряженной емкости.5. Как называется величина RС? Как графически ее найти? Какова размерность RС всистеме СИ?6. Как изменяется ток во времени при зарядке и разрядке конденсатора?7. Как изменяются напряжения на конденсаторе и сопротивлении цепи при заряде иразряде конденсатора?8. Какие виды ошибок обусловливают погрешность определения значения постояннойвремени цепи? Дайте определение абсолютной и относительной погрешностей.9. Показать на принципиальной электрической схеме лабораторной установки цепизарядки и разрядки исследуемого конденсатора.10. Каковы начальные условия коммутации в цепях, содержащих емкости?Оценка выполнения лабораторной работыВ соответствии с балльной рейтинговой системой, действующей на кафедре «Физика»,каждая лабораторная работа оценивается в 3 рейтинговых балла.
Итоговая оценка учитывает14уровень подготовки студента к работе, качество ее выполнения, а также качество исвоевременность ее защиты.За допуск к лабораторной работе и ее выполнение – 1 балл. При отсутствиизаготовленной формы отчёта или незнании ответов на контрольные вопросы – студент квыполнению лабораторных работ не допускается.За безошибочное выполнение, качественное оформление и понимание существалабораторной работы – 1 балл. Если отчет имеет ошибки, неправильно (включая, небрежно)оформлен или студент не понимает существа выполненной работы и не способен объяснитьполученные результаты, ставится – 0 баллов.
Студенту, выполнившему лабораторную работу,предоставляется возможность повторного ее выполнения и исправления отчёта.За защиту лабораторной работы, проводимой в форме устных вопросов и ответов потеме или тестирования (в течение 10 минут, 3 вопроса, мин. оценка – 0 баллов, макс. оценка –1 балл), (при этом студенту предоставляется возможность пройти процедуру защитыповторно). Защита лабораторной работы спустя два месяца с момента ее выполнения непринимается.Лабораторная работа считается выполненной, если студент её защитил и получил всумме не менее 2-х баллов.Студенты, допущенные к защите, но не набравшие установленного минимума баллов,могут быть допущены к повторной защите в сроки, установленные кафедрой.Литература основная1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 5 кн.: Кн.
2: Электричество и магнетизм: Учеб.пособие для втузов. – М.: «Издат. АСТ». 2006. – 336 с.2. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. Изд. 9-е испр.– М.: БИНОМ.Лаборатория знаний. 2014. – 319 с.3. Мартинсон Л.К, Морозов А.Н., Смирнов Е.В. Электромагнитное поле: учеб. пособие.– М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 422 с.Литература дополнительная1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм: Учеб. пособие. Москва, Высш. Школа,1983. 463 с.2. Калашников С.Г. Электричество.
Учебное пособие. 5-е изд. Москва, Наука, Главнаяредакция Ф-МЛ, 1985. (Общий курс физики), 576 с.3.Беззубов Ю.И. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора: Метод.указания к лабораторной работе Э-3 по курсу «Общая физика». - М.: МГТУ, 1992. 9 с.15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
