II. Cơ sở lí thuyết
1. Quá trình nạp :Mắc tiếp nối đuôi nhau điện trở R với tụ điện C, rồi nối với nguồn U nh hình vẽ 1 .Tại thời gian t = 0, đóng khóa K. Tụ đợc nạp điện qua điện trở R. Dòng điện bắt đầutrong mạch là i0=RU
0
( U0là điện áp nguồn ) giảm dần, đồng
| Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Khảo sát quá trình phóng nạp của tụ điện, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Khảo sát quá trình phóng nạp của tụ điện I.Mục đích – nhu yếu – Khảo sát quá trình phóng, nạp của tụ điện. Vẽ đợc đồ thị phóng, nạp tơng ứng. – Từ đồ thị tính đợc hằng số thời hạn τ. II. Cơ sở lí thuyết 1. Quá trình nạp : Mắc tiếp nối đuôi nhau điện trở R với tụ điện C, rồi nối với nguồn U nh hình vẽ 1. Tại thời gian t = 0, đóng khóa K. Tụ đợc nạp điện qua điện trở R. Dòng điện bắt đầu trong mạch là i0 = R U0 ( U0 là điện áp nguồn ) giảm dần, đồng thời điện áp trên tụ tăng dần đến giá trị U0 vận dụng định luật Ôm cho R ta có : U0 – i. R – C q = 0 ( 1 ) Dòng điện trong mạch : i = dt dq ( 2 ) Thay ( 2 ) vào ( 1 ) ta có : R. dt dq + C q = U0 ( 3 ) Nghiệm của phơng trình vi phân ( 3 ) với điều kiện kèm theo khởi đầu q = 0 khi t = 0 là : i = dt dq = ( U0 / R ). exp ( – RC t ) ( 4 ) Khi đó, hiệu điện thế trên tụ là : UC = C q = U0. [ 1 – exp ( – RC t ) ] ( 5 ) Hiệu điện thế trên R là : UR = i. R = U0. exp ( – RC t ) ( 6 ) 2. Quá trình phóng : Xét một mạch điện gồm R mắc song song với tụ C vào một nguồn U. Do tụ mắc song song với điện trở nên : UC = UR hay : C q = i. R ( 7 ) Dòng điện trong mạch : i = – dt dq ( 8 ) Dấu trừ là do điện tích trên hai bản tụ giảm dần theo thời hạn. Thay ( 8 ) vào ( 7 ) ta có : R. dt dq + C q = 0 ( 9 ) Nghiệm của phơng trình ( 9 ) với điều kiện kèm theo khởi đầu q = q0 khi t = 0 là : i = – dt dq = ( U0 / R ). exp ( – RC t ) ( 10 ) Khi đó hiệu điện thế trên điện trở ( cũng nh trên tụ ) là : UC = UR = i. R = U0. exp ( – RC t ) ( 11 ) Hiệu điện thế trên tụ đợc màn biểu diễn nh trên hình 3 t U U0 Hình 3 : Hiệu điện thế trên tụ C trong mạch phóng Tích RC trong ( 10 ), ( 11 ) đợc gọi là hằng số thời hạn, kí hiệu là τ ( τ là thời hạn mà hiệu điện thế trên C giảm đi e = 2.7 lần so với thời gian vừa đóng mạch ). Nh vậy, trong mạch phóng, điện áp trên tụ giảm dần theo thời hạn dới dạng hàm e mũ. Khi t → ∞ thì UC → 0, tức là sau một khoảng chừng thời hạn tơng đối dài, điện áp trên tụ giảm về 0. Điều này cũng có nghĩa là hàng loạt năng lợng tích góp trên tụ đó chuyển thành năng lợng tỏa ra trên điện trở. III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Sensor Cassy. 2. Máy tính có cài chơng trình Cassy Lab. 3. Bảng mạch. 4. Nguồn một chiều. 5. Các tụ điện. 6. Các điện trở : 7. Một khóa hai trạngthái. 8. Dây nối. IV.Trình tự thí nghiệm 1. Mạch nạp : a. Lắp mạch điện nh hình vẽ : GN A B 0V 5V C R K 47 uF Hình 4. Sơ đồ mạch thí nghiệm về sự nạp điện của tụ điện b. Khởi động chơng trình Cassy Lab : – Trong màn hình hiển thị Desktop của Windows, chọn Start \ Program \ CASSY Lab \ CASSY Lab. Hoặc hoàn toàn có thể nháy đúp chuột vào biểu tợng của Cassy Lab trên màn hình hiển thị. – Trong hành lang cửa số CASSY Lab, chọn Activate ( khởi động cho Sensor Cassy và Power Cassy ). – Nhấn F5 để lựa chọn những thiết bị : hành lang cửa số Settings hiện ra, chọn Genaral, trong phần Serial Interface Assignment, trong khung COM1, chọn CASSY. Tiếp tục, trong CASSY, kích hoạt những đầu đo A1 và B1 bằng cách nháy đúp chuột, khi đó hộp hội thoại Sensor Input Settings hiện ta, lần lợt đặt chính sách sau cho cả hai đầu đo A và B : Quantity : Voltage UA1 ( Voltage UB1 ). Meas. Range : – 10V .. 10V. Quá trình trên phải triển khai hai lần để đặt chính sách đo điện áp giữa hai đầu điện trở và hai đầu tụ điện .. – Đặt thời hạn cho những phép đo : Trong hành lang cửa số Settings, nháy chuột vào Display Measuring Parameters, hành lang cửa số Measuring Parameters hiện ra, đặt Meas. Time : 6 s. c. Tiến hành đo : – Ban đầu mở khóa K. Nhấn nút F9 để khởi đầu vẽ đờng nạp của tụ điện, đồng thời nhanh tay đóng khóa K. Trên màn hình hiển thị của Cassy Lab sẽ hiện ra đờng phóng tơng ứng của tụ điện. Vẽ lại đồ thị ra giấy. – Hằng số thời hạn chính là khoảng chừng thời hạn từ khi tín hiệu khởi đầu tăng đến lúc tăng lên e lần, đợc xác lập theo một trong hai cách sau : Trong vùng đồ thị của CASSY Lab, nhấn chuột phải, một thực đơn dọc hiện ra chọn Fit Function \ Exponential Function e ^ x. Di chuyển chuột từ đầu đến cuối đồ thị hiển thị điện áp trên điện trở. Hằng số thời hạn chính là giá trị B hiện lên ở góc dới trên màn hình hiển thị. – tăng điện áp nguồn lên 6V, 7V, 8V, 9V, 10V : lặp lại thí nghiêm. Ghi tác dụng vào bảng 1.1. d. So sánh với giá trị lí thuyết : τ = RC và cho nhận xét. 2. Mạch phóng : a. Lắp mạch nh hình vẽ : Hình 5 : Sơ đồ mạch thí nghiệm về sự phóng điện của tụ điện b. Khởi động chơng trình CASSY Lab và chọn chính sách đo : – Khởi động chơng thình CASSY Lab nh ở phần mạch nạp. – Nhấn F5 để lựa chọn những thiết bị : hành lang cửa số Settings hiện ra, chọn Genaral, trong phần Serial Interface Assignment, trong khung COM1, chọn CASSY. Tiếp tục, trong CASSY của hành lang cửa số này, kích hoạt một đầu đo bằng cách nháy đúp chuột vào phần đó tơng ứng trên đồ thị. Khi đó hộp hội thoại Sensor Input Settings hiện ra, đặt chính sách sau : Quantity : Voltage UA1. Meas. Range : – 10V .. 10V. – Đặt thời hạn cho những phép đo : Trong hành lang cửa số Settings, nháy chuột vào Display Measuring Parameters, hành lang cửa số Measuring Parameters hiện ra, đặt Meas. Time : 6 s. c. Tiến hành đo : B GND C 5V 0V 2 K R 1 47 uF 100 k – Ban đầu để khóa K ở vị trí 1 để nạp điện cho tụ. Nhấn núp F9 để khởi đầu đo và vẽ đờng phóng của tụ điện, đồng thời nhanh gọn gạt khóa K sang vị trí 2. Trên màn hình hiển thị của CASSY Lab hiện ra đờng phóng tơng ứng của tụ điện. Vẽ lại đồ thị ra giấy. – Hằng số thời hạn chính là khoảng chừng thời hạn từ khi tín hiệu khởi đầu giảm đến khi giảm đi e lần, đợc xác lập tơng tự nh phần trớc theo một trong hai cách sau : Trong vùng đồ thị của CASSY Lab, nhấn chuột phải, một thực đơn dọc hiện ra, chọn Fit Function \ Exponential Function e ^ x. Di chuyển chuột từ đầu đến cuối đồ thị. Hằng số thời hạn chính là giá trị hiện lên ở góc dới trên màn hình hiển thị. – Tăng điện áp nguồn lên 6V, 7V, 8V, 9V, 10V : lặp lại thí nghiệm. Ghi hiệu quả vào bảng 1.2. d. So sánh với giá trị lí thuyết : τ = RC và cho nhận xét. V. Câu hỏi 1. Điện áp trên tụ biến hóa nh thế nào trong quá trình nạp và phóng điện ( viết công thức và vẽ đồ thị ) ? 2. Hằng số thời hạn đổi khác nh thế nào nếu ta tăng hoặc giảm giá trị điện trở và điện áp nguồn ? BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Khảo sát sự phóng, nạp của tụ điện Trờng .. Xác nhận của giáo viên Lớp :. Họ và tên : .. Mục đích thí nghiệm ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. Kết quả thí nghiêm 1. Vẽ đờng nạp và phóng của tụ điện : – Đờng nạp : – Đờng phóng : UC ( V ) t UC ( V ) t 2. Xác định hằng số thời hạn 2.1 Mạch nạp : Bảng 1.1 U ( V ) τ ( s ) ∆ τ ( s ) 5 6 7 8 TB Bảng 1.2 U ( V ) τ ( s ) ∆ τ ( s ) 5 6 7 8 TB Nhận xét hiệu quả đo :
File đính kèm :
Khao sat nap tu.pdf
Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư