Главная страница Случайная лекция
Мы поможем в написании ваших работ!
Порталы:
БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика
Мы поможем в написании ваших работ!
Теоретическая часть. Цель работы: научиться исследовать переходный процесс зарядки конденсатора и определять постоянную времени последовательной RC - цепи
Работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА
Цель работы: научиться исследовать переходный процесс зарядки конденсатора и определять постоянную времени последовательной RC - цепи.
Приборы и принадлежности: источник питания, конденсатор, набор резисторов, микроамперметр, секундомер.
Теоретическая часть
Изучение переходных процессов, т.е. установления того или иного явления (или стационарного состояния), позволяет глубже вскрыть природу и суть самого явления и использовать его на практике. В области электрических явлений особый интерес представляют переходные процессы при зарядке и разрядке конденсатора, которые нашли широкое применение в осциллографах и разнообразных генераторах.
 |
Зарядка конденсатора начинается с момента подключения к нему источника постоянного тока. При этом на обкладках конденсатора начинают накапливаться заряды, что приводит к появлению на нем напряжения UC, полярность которого противоположна полярности ЭДС источника Е. Ток I, протекающий через последовательно включенное с конденсатором С сопротивление R, в любой момент времени t определяется законом Ома для участка цепи, в котором находится это сопротивление:
. Поскольку напряжение на конденсаторе UC увеличивается с течением времени, вследствие зарядки емкости, то напряжение на сопротивлении R: (E - UC), уменьшается, что и приводит к уменьшению зарядного тока. В момент полной зарядки конденсатора, когда UC станет равным Е, напряжение на сопротивлении станет равным нулю, поэтому зарядный ток тоже уменьшится до нуля, т.е. процесс зарядки закончится. Теоретически это наступит при t® ¥, но если величины емкости и сопротивления небольшие, то практически это произойдет достаточно быстро. Временные зависимости напряжения на конденсаторе и зарядного тока показаны на рис. 1.
Сила тока и напряжение в любой момент времени t при зарядке конденсатора определяются следующими выражениями:
, (1)
, (2)
где Е - ЭДС источника; R - сопротивление резистора; е(…) = ехр(...) - экспоненциальная функция (е » 2,718); t - время, прошедшее с момента включения ЭДС; C - емкость конденсатора. Из формулы (1) видно, что при зарядке конденсатора ток с течением времени убывает по экспоненциальному закону, как на рис. 1.
Важным параметром, характеризующим цепь из соединенных последовательно резистора сопротивлением R и конденсатора емкостью C, является постоянная времени - t, которая определяется произведением: t = R·C. Величина силы тока через время t = t = R·C после включения ЭДС рассчитывается согласно (1) следующим образом:
I(t) = I0 exp (-t/RC) = I0 exp (-RC/RC) = I0/e = I0/2,718 » 0,368·I0,
где I0 - максимальное значение тока, наблюдаемое в момент t = 0.
Таким образом, постоянная времени t = RC есть промежуток времени, в течение которого ток при зарядке конденсатора уменьшается в е раз по сравнению с начальным значением I0, т.е. становится приближенно равным 0,37 I0. Отсюда получается удобный способ определения этой характеристики по графику зависимости силы тока от времени. Для этого достаточно определить время, которое соответствует току 0,37 I0.
Заметим, что теоретически ток достигает своего конечного значения через бесконечно продолжительное время, но практически уже через промежуток времени, равный 5t ток становится равным всего 0,7 % от начального, т.е. меньше 1%, и такой конденсатор считается полностью заряженным.
Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 348; Нарушение авторских прав
Мы поможем в написании ваших работ!