ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Порядок выполнения работы

1.Рассчитайте величины сопротивлений, которые позволяют получить постоянную времени контура τ в диапазоне 30 – 120 сек. Конкретные данные о емкости конденсатора (10 – 30 мкФ) и о значении зарядного напряжения получите у преподавателя.

2.Подберите необходимые вольтметры для контроля напряжения

вцепи. Вольтметр V1, измеряющий напряжение на сопротивлении, выберите из вольтметров электростатической системы (С-95). Конкретный резистор R для схемы выберите из диапазона рассчитанных сопротивлений и согласуйте с преподавателем.

5.Рассчитайте значения тока IЗ(t), протекающего в цепи при зарядке конденсатора.

6.Отключите конденсатор от источника. Переключите его на

резистор R (положение 2 переключателя К1). Одновременно измените полярность вольтметра V1 . Сделайте 9-11 измерений напряжения на резисторе R от времени UR(t) . Для снятия остаточного заряда конденсатора замкните ключ K2 .

7.Рассчитайте значения тока IР(t) , протекающего в цепи при разрядке конденсатора.

8.Постройте графики зависимости: IЗ(t ) и IР(t) . По графикам определите время релаксации. Сравните экспериментальные значения

τс расчетными.

9.Измените сопротивление R. Повторите эксперимент по зарядке и разрядке. Постройте полученные зависимости на тех же графиках.

81

Проанализируйте зависимость τ(R).

10. По графикам IЗ(t) и IР(t) для всех использованных R оцените I заряд на конденсаторе Q. Используйте

метод численного интегрирования.

Таблица

C = ________, R = _________, τРАСЧ= _________, QРАСЧ= ________

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Дополнительные задания

1. Снимите зависимость напряжения зарядки UЗ(t), и разрядки UР(t) на емкости С. В качестве вольтметра для измерения напряжение на конденсаторе выберите вольтметр электростатической системы (С-

82

95), использованный в схеме для измерения напряжения на резисторе.

2.Постройте графики зависимости UЗ(t) и UР(t). По графикам напряжения определите время релаксации. Сравните экспериментальные значения с расчетными.

3.Измените сопротивление R. Повторите эксперимент по зарядке

иразрядке. Постройте полученные зависимости на тех же графиках.

Проанализируйте зависимость τ(R).

Для получения зачета необходимо

1.Продемонстрировать умение проводить исследование квазистационарных токов зарядки и разрядки конденсатора.

2.Представить отчет по установленной форме.

3.Уметь отвечать на вопросы типа:

3.1.Поясните механизмы зарядки и разрядки конденсатора.

3.2.Выведите формулу изменения заряда на конденсаторе при зарядке и разрядке.

3.3.Что называют временем релаксации τ? От каких параметров зависит величина τ?

3.4.В чем суть метода графического интегрирования?

3.5.Площадь пластин плоского конденсатора S = 20 см2. Пространство между пластинами заполнено двумя слоями диэлектриков: слюды толщиной d1 = 0.7 мм и эбонита толщиной d =

0.3мм. Какова электроемкость конденсатора?

3.6.Конденсатор емкостью 4 мкФ разряжается от источника напряжением 12 В через резистор сопротивлением 100 Ом. Чему равна постоянная времени этой цепи? Какой максимальный заряд может быть накоплен на этом конденсаторе?

3.7.К конденсатору с емкостью 10 мкФ присоединяют аккумулятор с ЭДС E = 2 В через сопротивление R = 1000 Ом. Через сколько времени конденсатор будет заряжен до напряжения 1.98 В? Внутренним сопротивлением конденсатора пренебречь.

Дополнительные вопросы для студентов факультетов химии, биологии, института естествознания

1.Вычислите емкость земного шара.

2.Опишите процесс накопления энергии у электрического угря с точки зрения физики (как систему конденсаторов большой емкости). Как функционирует эта система?

83

3. Устройство для дефибриляции создает в районе сердца шок, разряжая конденсатор, заряженный до напряжения 5000 В. Сопротивление тела между электродами равно 500 Ом. Какова будет сила тока в начале разрядки конденсатора? Через 6 мс напряжение на конденсаторе упадет до 250 В. Какова емкость устройства? Сколько энергии высвобождается при этом разряде?

Дополнительные вопросы для студентов факультета технологии

ипредпринимательства

1.Чем отличаются друг от друга два конденсатора равной емкости, сделанные из одинаковых конструктивных элементов, если один из них рассчитан на работу под напряжением 500 В, другой –

3000 В.

2.Технический плоский конденсатор сделан из листов станиоля, между которыми проложена слюда. Сколько листов станиоля нужно

взять, чтобы получить емкость 1 мкФ, если толщина слюдяной пластины 1 мм, площадь 60 см2 и относительная проницаемость слюды 7?

3.Если параллельно рубильнику включить конденсатор, то при размыкании и замыкании искрение прекращается. Почему?

4.Какую опасность представляют обесточенные цепи с имеющимися в них конденсаторами? Что следует сделать с конденсаторами после размыкания цепи?

Дополнительные вопросы к работе

1. Конденсатор, заряженный до напряжения 100 В, соединяется с конденсатором такой же емкости, но заряженным до 200 В: один раз одноименно заряженными обкладками, другой – разноименно

84

ряжается до напряжения 40 В, а затем разряжается через резистор сопротивлением 29 кОм. Какой величины заряд остается на конденсаторе через 6 с после того, как к нему присоединили резистор?

4. Три источника тока с ЭДС E1 = 11 В, E2 = 4 В , E3 = 6 В и три реостата с сопротивлениями R1= 5 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 2 Ом соединены как показано на рис. 6. Определите силу тока в реостатах, считая что внутренние сопротивления источников тока пренебрежимо малы.

Рис. 6 Рис.7 5. Элементы схемы, изображенной на рис. 7, имеют следующие

значения: E1 = 1.00 В, E2 = 2.00 В, E3 = 3.00 В, R1= 100 Ом, R2 = 200

Ом, R3 = 300 Ом, R4 = 400 Ом. Определите токи, текущие через сопротивления. Сопротивлениями источников тока и соединительных проводов пренебречь.

Рекомендуемая литература

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. – М.: Наука, 1987.

2.Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1970.

3.Ливенцов Н.М. Курс физики (для медвузов). – М.:ВШ, 1974.

4.Мэрион Дж. Общая физика с биологическими примерами. - М.:

ВШ, 1986.

5.Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика. – М.:ВЛАДОС, 2000.

85