Лабораторна робота №3
(STEM – освіта)
Тема: Визначення енергії зарядженого конденсатора.
Мета: визначити енергію зарядженого конденсатора через вимірювання роботи електричного струму під час розряджання конденсатора.
Обладнання: Комп’ютер архітектури ІВМ, Програма Work Bench Multisim 12.
Теоретичні відомості
Головна властивість електричного поля – дія на електричні заряди. В результаті цієї дії вільні заряди приводяться у рух і створюють електричний струм. Під час переміщення електричних зарядів поле виконує роботу за рахунок своєї енергії. Цю енергію можна визначити виміривши роботу, виконану полем під час переміщення заряду.
Приладом, в якому можна створити електричне поле і зберігати його тривалий час, є конденсатор. Під час приєднання до джерела постійного струму на обкладках конденсатора накопичуються різнойменні електричні заряди. Між обкладками виникає електричне поле, під дією якого виникає електричний струм у провіднику, яким з’єднуються обкладки конденсатора. Енергія електричного поля перетворюється у внутрішню енергію провідника, що нагрівається при проходженні електричного струму. Зміна внутрішньої енергії провідника дорівнює роботі A електричного струму:
A = I 2 Rt , (1)
де I - сила струму,
R - опір провідника,
t - час протікання струму в провіднику.
Отже, енергія W електричного поля конденсатора дорівнює роботі електричного струму під час розряджання:
W = I 2 Rt .
Таким чином, для визначення енергії W зарядженого конденсатора необхідно виміряти силу струму I під час його розряду через резистор з відомим електричним опором R і час розряджання конденсатора t . Зробити це важко, якщо розряджання конденсатора триває короткий час. Для збільшення тривалості розряджання необхідно взяти конденсатор великої електроємності і підключити його обкладки до резистора з великим опором.
Оскільки під час розряджання напруга між обкладинками безперервно зменшується, то поступово зменшується і сила струму в колі, а тому необхідно проводити вимірювання через такі невеликі інтервали часу ^ t , протягом якого сила струму змінюється мало;
потім треба обчислити роботу електричного струму за кожний інтервал часу і додати отримані значення.
Порядок виконання роботи
Скласти електричне коло за схемою Рис.1.:
Рис. 1. Схема дослідної установки
Клавішею керування однополюсним перемикачем замкнути коло на заряджання конденсатора.
помітити покази секундоміра, розташованого у нижньому правому кутку робочого поля програми.
мультиметра. У подальшому покази мультиметра відраховувати через 1 секунду протягом 20 секунд.
Результати вимірювань занести у Таблицю.
№ п/п |
I , мА |
I c , мА |
I 2 Rt , Дж |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
|
|
19 |
|
|
|
20 |
|
|
|
21 |
|
|
|
Сума робіт за час експерименту |
A = |
півсуму початкового і кінцевого значень.
для кожного інтервалу часу як
Звіт має містити:
1.Мету лабораторної роботи;
2.Принципові електричні схеми, які використовуються в роботі;
3.Показання мультиметрів, осцилографів, отримані при дослідженні роботи в різних схемах;
4.Результати досліджень у виді таблиць і графіків.
5.Висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.
Контрольні запитання:
1.Що називають електроємністю конденсатора?
2.Чому електричне поле зарядів, що на обкладинках конденсатора, зосереджене між обкладинками?
3.Якого виду (типу) конденсатори і чому мають найбільше електроємність?
програми Multisim.
«Використовувати установки схеми», після чого зняти прапорець
«Назва/Величина».