Лабораторная работа № 3

Тема: «Исследование процессов накопления и релаксации заряда в диэлектрических материалах»

Выполнил: студент гр. МГП-13 / Жегунов П.С./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: ассистент ___________ /Кожокарь М.Ю./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

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.

Краткое теоретическое содержание.

а) Явления, изучаемые в работе:

- поляризация диэлектрика

б) Определения:

Квазистационарный процесс -процесс, протекающий в ограниченной системе и распространяющийся в ней так быстро, что за время распространения этого процесса в пределах системы её состояние не успевает измениться. Поэтому при рассмотрении процесса можно пренебречь временем его распространения в пределах системы.

Зарядка конденсатора - накопление на обкладках конденсатора заряда.

Разрядка конденсатора – уменьшение заряда на его обкладках.

Электрический заряд — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Поляризация диэлектрика — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Константа RC – цепи – быстрота процесса накопления заряда в диэлектрике(заряд конденсатора) и релаксации заряда(разряд конденсатора), зависящего от призведения

, имеющая размерность времени.

Электрет — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

в) Законы и соотношения:

- второе правило Кирхгофа:

-закон Ома:

- зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе его разряда:

.

-зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе егозаряда:

г) Пояснения к физическим величинам, входящим в формулы и единицы их измерений:

- напряжение на конденсаторе, [ ] = В

- сопротивление резистора, [ ] = Ом

- сила тока в цепи, [ ] = А

C- емкость конденсатора, [С]=Ф

t- время[t]= c

Электрическая схема.

Расчётные формулы.

а) постоянная времени RC-цепи:

б) входное сопротивление вольтметра:

в) заряд, не связанный с поляризацией диэлектрика в конденсаторе:

Формулы для расчета погрешностей косвенных измерений:

а) Во время заряда конденсатора:

Во время разряда:

б)

в)

Погрешности прямых измерений:

∆t=1c

∆U₀=0,01B

Результаты измерений и вычислений.

Uo=12,1B

C=470

R=100 кOм

Таблица 1. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его заряда

Пример вычислений:

1) Нахождение постоянной времени RC-цепи:

2) Теоретическое значение напряжения в заданный момент времени:

Окончательный результат:

U_{с теор (2 с)}=0,95± 0,0012 В

Таблица 2. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда

Пример вычислений:

1) Теоретическое значение напряжения в заданный момент времени:

Окончательный результат:

U_{c (2с)} = 11,51±0,04 B

Таблица 3. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра R_в

U_н=11,98B

C=470

Окончательный результат:

11,03·10¹¹ Ом

Таблица 4. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени после его разряда закорачиванием.

C=470

R=100 кОм

S =50 см², I₁= 20 нА/см, t₁= 0,2 с/см

Пример вычислений:

Окончательный результат:

I=(1,35±0,07)мкА

Заряд, оставшийся в диэлектрике после исчезновения поляризационного заряда: