Обработка результатов измерений

1. Заполнить таблицы 1 и 2, используя для расчета теоретического значения напряжения на конденсаторе формулы (6) и (14) соответственно.

2. По данным таблиц 1 и 2 на одном координатном поле (в одних координатных осях) построить зарядные и разрядные кривые конденсатора, т.е. зависимости U_c(t). Должны быть показаны четыре зависимости – две теоретических (с использованием (6) и (14)) и две экспериментальных. Кривые обозначить и указать их названия в подписи к рисунку. Из экспериментальной разрядной кривой конденсатора определить экспериментальное значение постоянной времени RC-цепи как момент времени, соответствующий уменьшению напряжения на конденсаторе в е = 2,72 раз по сравнению с начальным значением. Сравнить полученное значение с теоретическим значением постоянной времени , рассчитываемому по (16). Результаты записать рядом с таблицей 2: =… , =…

3. Используя формулу (19), заполнить таблицу 3. Для расчета сопротивления вольтметра R_в в качестве моментов времени t₁ и t₂ использовать моменты времени, соответствующие различным номерам измерений, например, такие пары как №1 и №5, №3 и №7, №2 и №8 и т.д. Для расчета выбирать такие пары измерений, для которых напряжения U_c отличаются существенно. По полученным данным рассчитать сопротивления вольтметра R_в и среднее значение сопротивления вольтметра R_{в. ср} (как среднее арифметическое из полученных значений) и указать его значение рядом с таблицей 3: R_{в. ср}= …

4. По данным таблицы 4 рассчитать ток разряда конденсатора во внешней цепи за счет зарядов, не связанных с поляризацией диэлектрика конденсатора. Для этого воспользоваться формулой закона Ома, которая в данном случае имеет вид

, (20)

где R – значение сопротивления резистора, использованного при заполнении таблицы 4. Построить графическую зависимость рассчитанного тока от времени I(t). По полученной кривой оценить величину заряда Q_ост, оставшегося в диэлектрике после исчезновения поляризационного заряда. При известной зависимости I(t) за очень большое время наблюдения заряд находится ее интегрированием:

. (21)

Реально время наблюдения было не бесконечным, но поскольку при достаточно большом времени наблюдения ток уменьшается, практически, до нуля, в качестве верхнего предела интеграла в (21) можно рассматривать полное время наблюдения разрядки из таблицы 4. Для определения Q_ост использовать метод графического интегрирования (известно, что геометрически значение определенного интеграла соответствует площади под кривой интегрируемой функции). Для этого подсчитать площадь S под кривой I(t) на графике в см². Пусть, например, эта площадь оказалась равна 52 см². Определить какой заряд соответствует площади 1 см²: например, если по оси токов в 1 см отложено I₁ = 20 нА/см, а по оси времени 1 см соответствует время t₁ = 10 с/см, то, очевидно, 1 см² площади рисунка соответствует заряду Q₁ = 20∙10^-9 А/см×10 с/см = 2∙10^-7 Кл/см². Тогда, очевидно, в этом примере искомый заряд будет Q_ост = 52 см²∙2∙10^-7 Кл/см² = 1,04∙10^-5 Кл. Таким образом, определить Q_ост можно по формуле

, (22)

где S – площадь под графиком I(t), а I₁ и t₁ –масштабы по осям тока и времени соответственно. Значения S , I₁, t₁ и Q_ост указать рядом с таблицей 4: S =....... , I₁=......... , t₁=........ Q_ост=........

5. Рассчитать полный заряд заряженного конденсатора по формуле

. (23)

Сравнив рассчитанное значение Q со значением Q_ост, сделать вывод о соотношении этих зарядов в диэлектриках, используемых в конденсаторостроении.

Содержание отчёта

Отчёт оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы в электрических цепях можно считать квазистационарными?

2. Между обкладками конденсатора находится диэлектрик, имеющий бесконечно большое сопротивление. Почему же при подключении его к источнику напряжения возможно протекание значительного тока по цепи?

3. Что называется постоянной времени RC – цепи?

4. Как можно использовать переходные процессы в RC-цепи для измерения сопротивлений и емкостей?

5. Какие виды электрических зарядов могут накапливаться и релаксировать в реальных диэлектриках?

6. Что такое электрет? Какой вид зарядов определяет долговременную стабильность электретного состояния?

7. Что называется термостимулированным током? Какова его физическая природа? Для чего он может быть использован?

8. По каким причинам при заряде конденсатора в данной лабораторной работе напряжение на нем по данным измерений даже при длительной выдержке оказывалось меньше напряжения источника питания?