Дата: ___

Отчет по лабораторной работе №11

	Физика

По дисциплине: ___________________________________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

	«Исследование процессов накопления и релаксации заряда в диэлектрических материалах»

Тема: ____________________________________________________

____________________________________________________

Выполнил: студент _______________ / Половинкин Д.Т./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Дата: ___________

доцент

Проверил: ___________ ______________ / Гробовский А.Ю. /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

Цель работы:

1. Определение постоянной времени RC -цепи.

2. Определение входного сопротивления вольтметра путем измерения разрядных характеристик конденсатора.

3. Оценка величины заряда, не связанного с поляризацией диэлектрика в конденсаторе.

Краткое теоретическое содержание:

1. Явления, изучаемые в работе:

Явление накопления и релаксации заряда.

1. Основные определения:

Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования требуемого потребителю (нагрузке) напряжения (при заданном токе нагрузки), как при питании его от электрической сети, так и от других источников питания.

Мультиметр — измерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр.

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.

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.

1. Законы и соотношения:

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.

Пояснение к физическим величинам:

Сопротивление:

[R] = 1Ом - скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему.

Сила тока:

[I] =1А - скалярная величина, численно равная заряду q, протекающему в единицу времени t, через сечение проводника.

Напряжение:

[U]=1В - отношение работы электрического поля при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B к величине пробного заряда.

Схема установки:

Основные расчетные формулы:

1. Мгновенное значение напряжения на конденсаторе во время заряда, [В]

,

где U₀-э.д.с. источника напряжения; RС – цепи – быстрота заряда и релаксации (R- сопротивление цепи, С – электроемкость), t- время, прошедшее с момента начала заряда, т.е. с момента включения ключа.

1. Мгновенное значение напряжения на конденсаторе во время релаксации,[В]

,

где U_нач. – начальное значение напряжения на конденсаторе, [В]

1. Сопротивление цепи, [Ом]

,

где – интервал времени между измерениями напряжений и на емкости в процессе ее разрядки.

1. Ток разряда конденсатора во внешней цепи за счет зарядов, не связанных

поляризацией диэлектрика конденсатора, [А].

(Из Закона Ома), где R – значение сопротивления резистора, [Ом]

1. Теоретическое значение постоянной времени распространения электромагнитного возмущения от одной точки цепи к другой

1. Среднее значение сопротивления вольтметра, [Ом]

1. Величина заряда, оставшегося в диэлектрике после исчезновения

поляризационного заряда, [Кл]

,

где S– площадь под графиком I(t), а I₁ и t₁ –масштабы по осям тока и времени соответственно

8. Полный заряд заряженного конденсатора, [Кл]

Прямые погрешности:

Погрешности косвенных измерений:

Таблицы:

Таблица 1: Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его заряда

U₀ =12,40 В С =470 мкФ R =100 Ом

		3,5	5,6	10,1	15,6	24,5	33,3		48,7	58,1	71,8
		0,3	1,2	2,1	2,9	4,3	5,4	6,2		7,8	8,7
		0,9	1,4	2,4	3,5	5,0	6,3	7,1	8,0	8,8	9,7

Таблица 2: Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда

U₀ =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом

		7,5		25,4	33,7	44,9			101,6
	12,1	10,8	9,5	7,7	6,6	5,3	4,8		1,9
	12,1	10,3	8,8	7,0	5,9	4,7	4,1	2,4	1,4

Таблица 3: Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра R_в

U_нач =12,10 В С =470 мкФ

№ изм.
	55,6	69,3	81,9	95,7		130,5	172,2
	11,98	11,94	11,9	11,87	11,84	11,78	11,68
Пара номеров	1 и 5	2 и 6	3 и 7	4 и 9	5 и 10	6 и 12	7 и 4
	9,85	9,65	10,30	10,67	10,77	11,16	10,09

217,5	333,6			664,5	690,2	717,5	738,6
11,58	11,32	11,15	10,82	10,64	10,59	10,53	10,49
8 и 15	9 и 3	10 и 1	11 и 2	12 и 5	13 и 7	14 и 6	15 и 9
11,22	10,72	10,62	10,99	11,04	11,25	11,13	11,32

R_{в. ср} =10,72МOм

Примеры расчётов:

Пример расчёта косвенных погрешностей:

Графики зависимости:

Вывод:

В ходе проделанной мною работы, я определил практическую и теоретическую постоянные времени RC -цепи. Значения которых, отличаются на . Построил графики зависимости U_c(t).

Среднее входное сопротивление вольтметра путем измерения разрядных характеристик конденсатора получилось равным R_{в. ср}=10,72 МOм.

---

Дата добавления: 2015-07-14