Исследование процессов накопления и релаксации заряда в дитектрических материалах
Среднее входное сопротивление вольтметра равно Rв. ср=10,72 МOм Полный заряд заряженного конденсатора равен, остаточный Сравнив рассчитанное значение Q со значением Qост получаем,. Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Электрический заряд — это связанное с телом свойство… Читать ещё >
Исследование процессов накопления и релаксации заряда в дитектрических материалах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Кафедра общей физики Отчёт по лабораторной работе:
Исследование процессов накопления и релаксации заряда в дитектрических материалах Санкт-Петербург
1) 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.
Явление, которое изучается в работе — накопление и релаксация заряда Краткое теоретическое содержание:
Определения:
Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования требуемого потребителю напряжения 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.
2) Законы и соотношения, на основании которых выведена расчетная формула:
Закон Ома для участка цепи:
A
3) 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.
4) Схема установки:
Рис. 1
5) Основные расчетные формулы:
1) Мгновенное значение напряжения на конденсаторе во время заряда, [В]
2) Мгновенное значение напряжения на конденсаторе во время релаксации, [В]
3) Сопротивление цепи, [Ом]
4) Ток разряда конденсатора во внешней цепи за счет зарядов, не связанных с поляризацией диэлектрика конденсатора, [А].
(Из Закона Ома) где R — значение сопротивления резистора, [Ом]
5) Теоретическое значение постоянной времени распространения электромагнитного возмущения от одной точки цепи к другой
6) Среднее значение сопротивления вольтметра, [Ом]
7) Величина заряда, оставшегося в диэлектрике после исчезновения поляризационного заряда, [Кл]
8) Полный заряд заряженного конденсатора, [Кл]
6)Прямые погрешности:
7) Погрешности косвенных измерений:
Таблица 1 — Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его заряда U0 =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом
2,07 | 5,08 | 7,80 | 9,7 | 9,7 | 11,2 | 11,41 | 11,56 | |||
2,4 | 5,9 | 8,8 | 10,3 | 11,2 | 12,0 | 12,2 | 12,4 | |||
Таблица 2 — Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда U0 =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом
10,5 | |||||||||||
12,1 | 9,98 | 8,01 | 7,35 | 6,89 | 6,28 | 4,88 | 3,09 | 0,27 | |||
12,1 | 8,9 | 7,8 | 6,7 | 6,0 | 5,6 | 4,1 | 2,4 | 0,25 | |||
Таблица 3 — Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра Rв Uнач =12,10 В С =470 мкФ
№ изм. | ||||||||
11,97 | 10,05 | 7,97 | 6,47 | 3,24 | 2,88 | 1,97 | ||
Пара номеров | 1 и 2 | 2 и 3 | 3 и 4 | 4 и 5 | 5 и 6 | 6 и 7 | 7 и 8 | |
1,7 | 0,12 | 0,31 | 0,41 | 2,3 | 0,34 | 0,56 | ||
Rв. ср =10,72 МOм Таблица 4 — Зависимость напряжения на конденсаторе от времени после его разряда закорачиванием. U0 =11,80 В С =470 мкФ
t, с | |||||||||||
Uc, мВ | 140,9 | 90,8 | 77,7 | 68,3 | 55,5 | 50,3 | 39,4 | ||||
I, нА | |||||||||||
Результаты, найденные по графику:
S =18, I1=200 нА/см, t1=2 с/см, Qост=Кл Примеры расчётов:
Пример расчёта косвенных погрешностей:
Вывод
ом закон погрешность заряд В ходе проделанной работы были определены практическая и теоретическая постоянные времени RC-цепи. Значения которых, отличаются на
.
Среднее входное сопротивление вольтметра равно Rв. ср=10,72 МOм Полный заряд заряженного конденсатора равен, остаточный Сравнив рассчитанное значение Q со значением Qост получаем,
что оставшийся заряд в диэлектрике составляет 1,24% от первоначального. Таким образом, можно сказать, что мы пронаблюдали электретный эффект, т. е. наш диэлектрик является электретом, т.к. он сохранял электрический заряд длительное время.