Wyznaczanie krzywej ładowania i rozładowania kondensatora

Wyznaczanie krzywej ładowania i rozładowania
kondensatora
Przyrządy:
1.
2.
3.
4.
5.
Zasilacz (Z).
Opornik dekadowy (R).
Kondensator (K).
Miernik uniwersalny (A).
Stoper.
Przebieg czynności:
1. Sprawdzić czy obwód jest połączony zgodnie ze schematem.
Z
A
K
R
2. Ustawić opornik dekadowy na 1 M oraz zakres miernika uniwersalnego na 200 A.
3. Odłączyć jeden z przewodów doprowadzonych do zasilacza. Włączyć zasilacz i
uregulować napięcie zasialnia na 15 V.
4. Zamknąć obwód elektryczny włączając jednocześnie stoper i w ciągu 1 minuty
notować wskazania mikroamperomierza co pięć sekund. Dokładnie odnotować
wartość prądu w chwili początkowej.
5. Odczekać do momentu aż prąd płynący w obwodzie spadnie do zera.
6. Odłączyć przewody od zasilacza, zewrzeć je włączając jednocześnie stoper. Mierzyć
wartości prądu rozładowania, podobnie jak w punkcie 4.
7. Odczekać do momentu aż prąd płynący w obwodzie spadnie do zera.
8. Czynności z punktu 4–7 powtórzyć dwukrotnie.
9. Opisane w punktach 4–8 pomiary wykonać dla oporu 2 M oraz 3 M.
10. Dla poszczególnych oporów obliczyć średnie wartości prądów ładowania i
rozładowania odpowiadających tym samym momentom czasowym t .
11. Przestawić na jednym wykresie zależność I t  dla wszystkich trzech badanych
wartości oporu, oddzielnie dla ładowania i rozładowania kondensatora. Dla każdej
wykreślonej zależności odczytać czas relaksacji  , tj. czas, po którym natężenia prądu
spada e-krotnie w stosunku do wartości początkowej I 0 . Z równania
  RC
obliczyć odpowiadającą im pojemność C kondensatora . Obliczyć wartość średnią
C.
12. Z równania:
I  I 0e

t
RC
gdzie:
I 0 – maksymalna wartość prądu (w chwili t  0 ).
wyznaczyć pojemność C kondensatora. Dla każdego z badanych przypadków
przeprowadzić obliczenia dla prądu I płynącego w obwodzie po upływie czasu
t  10 s . Obliczyć wartość średnią C .
13. Metodą prostokątów obliczyć pole pod krzywą ładowania i rozładowania
kondensatora, odpowiadające całkowitemu ładunkowi Q zgromadzonemu na
kondensatorze. Z zależności
C
Q
U
wyznaczyć pojemność C kondensatora.
14. Porównać pojemności C kondensatora wyznaczone w punktach 11, 12 i 13.
Tabela pomiarowa:
R  3 MΩ
R  2 MΩ
Rozładowanie
Ładowanie
Rozładowanie
Ładowanie
Rozładowanie
t
I3
I3
I3
I3
I3
I1
I1
I1
I1
I1
I1
I2
I2
I2
I2
I2
I
I
I
I
I
I
[s]
[A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A]
R  1 MΩ
Ładowanie
I3
I2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60