Исследование процессов накопления и релаксации заряда в дитектрических материалах

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

2013

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

Таблица 2 - Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда U0 =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом

Таблица 3 - Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра Rв Uнач =12,10 В С =470 мкФ

Rв. ср =10,72 МOм

Таблица 4 - Зависимость напряжения на конденсаторе от времени после его разряда закорачиванием. U0 =11,80 В С =470 мкФ

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.

Размещено на Allbest.ru