Rozładowanie kondensatora.DOC

(157 KB) Pobierz

 

I BD                                                                                                                99-04-24

1998\99

Rybak Krzysztof

 

 

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 21.

 

Temat:Rozładowanie kondensatora.

 

 

 

I Wstęp:

1.     Pojemność elektryczna - definicja, rodzaje kondensatorów.

Pojemność kondensatora zdefiniowana jest jako stosunek ładnku zgromadzonego na jednej z okładek do napięcia pomiędzy okładkami. 

2.     Rozładowanie i ładowanie kondensatora, równanie krzywej ładowania i rozładowania, stała czasowa obwodu.

W chwili początkowej tzn. dla  t = 0 napięcie na kondensatorze Uc = 0. Po upływie czasu t ładunek zgromadzony na okładce kondensatora można wyrazić zależnością :

W chwili początkowej t = 0 ładunek na kondensatorze wynosi U0.

Zgodnie z I prawem Kirchoffa:

Uc = UR

3.  Wyznaczenie pojemności kondensatora na podstawie jego krzywej rozładowania.

4.  Wyznaczenie wartości ładunku zgromadzonego na okładkach kondensatora na podstawie krzywej rozładowania.

II Wykonanie ćwiczenia:

1. Połączyć układ wg. schematu. Odczytać wartość oporu z opornicy dekadowej.

2. Naładować kondensator, gdy wartość prądu ustali się przyjąć ją jako I0 dla chwili t = 0 (s).

3. Przełączyć przełącznik P i jednocześnie włączyć sekundomierz. Przeprowadzić pomiary natężenia prądu rozładowania kondensatora I = f(t).

4. Sporządzić wykres prądu rozładowania : I = f(t) oraz wykres .

5. Wartość ładunku zgromadzonego na okładkach kondensatora można obliczyć wyznaczając wartość pola powierzchni zawartego pomiędzy osiami współrzędnych a wykresem I = f(t).

6. Wyznaczyć pojemność kondensatora :

gdzie : Q - wartość ładunku zgromadzonego na okładkach kondensatora,

U - napięcie między okładkami, które w tym przypadku jest równe napięciu zasilającemu obwód pomiarowy.

7. Obliczyć stałą czasową obwodu korzystając z wykresu

U

R

I0

t

I

Q

C

t

[ V ]

[ kW ]

[ mA ]

[ s ]      

[ mA ]        

[ mC ]

[ mF ]

[ s ]

7

7

7

7

7

7

      7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

46,8

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

1,78

3,92

5,63

8,80

10,87

13,24

16,40

19,63

23,85

28,17

33,48

42,42

53,14

74,53

157,68

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

4129,2

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

589,88

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

27,61

 

Ładunek zgromadzony na okładkach kondensatora wyznaczamy licząc pole powierzchni pod krzywą I = f(t)  ( patrz rys. 1 ) jako sumę pól trapezów wyznaczonych przez punkty pomiarowe. Możemy tak postąpić ponieważ zaproksymowana krzywa  zawiera te punkty i błąd jaki popełniamy jest niewielki. 

 

 

 

 

6. Wyznaczyć pojemność kondensatora :

Pojemność badanego kondensatora wynosi :

  Stała czasowa obwodu t = R C jest równa wartości bezwzględnej z odwrotności współczynnika nachylenia prostej (rys. 2 ).

a - współczynnik nachylenia prostej obliczony metodą najmniejszych kwadratów :

możemy ją także obliczyć znając rezystancję R i pojemność C

więc         

 

Błędy mierników  :

bezwzględny :                             

względny  procentowy :      

gdzie   k - klasa dokładności miernika

ZP - zakres pomiarowy miernika

XM - wartość mierzona

 

 

 

Błąd pomiaru napięcia:

Błąd pomiaru prądu :

Błąd bezwzględny pomiaru czasu określamy jako czas reakcji wykonującego pomiar

błąd względny :

  Szacowanie błędu w obliczeniach ładunku :

Ładunek zgromadzony na okładkach kondensatora obliczamy jako sumę pól trapezów :

gdzie i = 1,2,..15 ( punkty pomiarowe ), więc całkowity ładunek obliczamy jako : , błąd bezwzględny :

ostatecznie :

Błąd względny :

Błąd obliczeń pojemności :

bezwzględny : ostatecznie

względny :

Wnioski:

  Pojemność badanego kondensatora C = 589,88 ± 25,67 mF, stała czasowa t = 27,61 s.

Stała czasowa obliczona ze wzoru niewiele się różni od t wyznaczonego metodą najmniejszych kwadratów co świadczy o dobrych obliczeniach pojemności.

   Wyznaczanie pojemności w sposób przedstawiony w ćwiczeniu jest dość kłopotliwe, gdyż czasochłonne jest obliczanie ładunku zgromadzonego w kondensatorze jako pola pod krzywą rozładowania I = f(t). Jak widać na rys. 1 w obwodzie rozładowania kondensatora prąd maleje asymptotycznie do 0. Teoretycznie  prąd nigdy nie osiągnie wartości 0 ( w nieskończoności ), w praktyce nastąpi to po kilku stałych czasowych.

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin