Кедергі арқылы конденсатордың разрядталуын зерттеу

Ж ұ м ы с т ы ң м а қ с а т ы : RC тізбектің уақыт тұрақтысын анықтау.

К е р е к т і қ ұ р а л – ж а б д ы қ т а р : ВС-24 ток көзі, электрлік секундомер, микроамперметр, конденсатор, кедергісі үлкен резистор.

Ә д і с т е о р и я с ы

Кез келген «лездік» процестердің орындалуы қанша қысқа болса да белгілі бір уақыт аралығында өтеді. Өтпелі процестерді зерттеу, белгілі бір құбылыстардың орындалуын бақылау, құбылыстарды тереңірек түсініп, оны практикада қолдануға мүмкіншілік береді.

Электрлік құбылыстардың ішінде конденсатордың зарядталуы мен разрядталуы кезіндегі өтпелі процестер ерекше орын алады.

Конденсатордың зарядталуы оны тұрақты ток көзіне қосқаннан баста-лып (1-сурет), толық зарядталуы оның пластиналарындағы потенциалдар айырымы ток көзінің ЭҚК-не теңелгенге дейін өтеді. Осы кезде конденсаторда ток көзінің ЭҚК–не кері бағытталған кернеу пайда болады. Конденсатордың астарларына жинақ- e C

талған зарядтардың мөлшері өскен

сайын U кернеуі де өседі, ал зарядтық

ток шамасы азаяды:

R

Кернеудің әсерлік мәні әрбір уақыт аралы- 1-сурет

ғында (e – U) шамасына төмендеп отырады.

Конденсатор толық зарядталғанда U мен e мәндері теңеседі де, кернеудің

әсерлік мәні нольге тең болады, сол кезде зарядтық ток тоқталады. Теориялық жағынан алып қарағанда, бұл құбылыстың орындалуына өте көп уақыт керек, ал іс жүзінде конденсатор аз кедергі арқылы өте аз уақыт аралығында зарядталады. Зарядталу тогының нақты максимум мәнінен нольге дейін жетуі конденсатордың разрядталуы кезінде де байқалады, себебі ток зарядтың бірлік уақыт ішінде өзгеруіне пропорционал:

, (1)

ал зарядтың шамасы конденсатордың электрлік сыйымдылығына пропорционал екені белгілі:

dq=CdU, (2)

Ом заңына сәйкес ток күшінің мәнін кернеу мен кедергі арқылы өрнектесе:

, немесе . (3)

Осы өрнек бойынша конденсатордағы кернеудің салыстырмалы кемуі разрядталу уақытына тура, ал RC көбейтіндісіне кері пропорционал. Яғни, разрядтық тізбекті құрайтын R мен С неғұрлым үлкен болса, конденсатордағы кернеудің салыстырмалы кемуі соғұрлым аз болады. Тізбектей қосылған конденсатор мен кедергіден тұратын электр тізбегінің маңызды параметрі : t =RC – тізбектің уақыт тұрақтысы деп аталады.

Егер теңдеуінің екі жағын интегралдаса, (минус кернеудің азаюын көрсетеді), конденсатордың разрядталуы кезіндегі токтың өзгеру заңы шығады:

(4)

(5)

мұндағы:I– берілген t уақыт мезетіндегі ток күші, I₀ – бастапқы уақыт мезетіндегі ток күшінің максимал шамасы,R– тізбектегі резистор-дың кедергісі, С– конденсатордың электрлік сыйымдылығы, е– натурал логарифмнің негізі.

Егер t=t болса, онда: I₀

Тізбектің уақыт тұрақтысы

t=RС секунд ішінде ток күші 0,37I₀

2,73 есе кемитінін (максимал

0,37 бөлігіне тең болатынын)

көрсетеді (2-сурет).

0 t t

2-сурет

Жұмыстың негізгі мақсаты:

1. Разряд тогының әртүрлі уақыт аралығында шамасын өлшеу.

2. тәуелділігі графигінен уақыт тұрақтысының мәнін анықтап, оныt=RC формула бойынша есептелген шамасымен салыстыру керек.