Исследование процессов накопления и релаксации заряда в дитектрических материалах
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
1) Цель работы:
. Определение постоянной времени RC-цепи.
. Определение входного сопротивления вольтметра
путем измерения разрядных характеристик конденсатора.
. 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
<#"669049.files/image001.gif"> , A
) 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
<#"669049.files/image002.gif">
Рис. 1
) Основные расчетные формулы:
) Мгновенное значение напряжения на
конденсаторе во время заряда, [В]
,
) Мгновенное значение напряжения на
конденсаторе во время релаксации, [В]
) Сопротивление цепи, [Ом]
,
) 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]
) Теоретическое значение постоянной
времени распространения электромагнитного возмущения от одной точки цепи к
другой
6) Среднее значение сопротивления вольтметра,
[Ом]
) Величина заряда, оставшегося в
диэлектрике после исчезновения поляризационного заряда, [Кл]
,
) Полный заряд заряженного
конденсатора, [Кл]
)Прямые погрешности:
) Погрешности косвенных измерений:
Таблица 1 - Зависимость напряжения на
конденсаторе от времени его заряда U0 =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом
|
 010265284137148169189
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 02,075,087,809,79,711,211,4111,56
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 02,45,98,810,311,212,012,212,4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 - Зависимость напряжения на
конденсаторе от времени его разряда U0 =12,10 В С =470 мкФ R =100 Ом
|
010,5212730364976226395
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,19,988,017,356,896,284,883,090,270
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,18,97,86,76,05,64,12,40,250
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 - Зависимость напряжения на
конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление
вольтметра Rв Uнач =12,10 В С =470 мкФ
|
№
изм.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
66227240271407539600
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11,9710,057,976,473,242,881,97
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пара
номеров
|
1
и 2
|
2
и 3
|
3
и 4
|
4
и 5
|
5
и 6
|
7
и 8
|
|
 1,70,120,310,412,30,340,56
|
|
|
|
|
|
|
|
в. ср =10,72 МOм
Таблица 4 - Зависимость напряжения на
конденсаторе от времени после его разряда закорачиванием. U0 =11,80 В С =470
мкФ
|
t,
с
|
13
|
26
|
78
|
92
|
105
|
129
|
149
|
156
|
174
|
299
|
|
Uc,мВ
|
156
|
140,9
|
90,8
|
77,7
|
68,3
|
55,5
|
50,3
|
45
|
39,4
|
20
|
|
I,
нА
|
1560
|
1409
|
908
|
777
|
683
|
555
|
503
|
450
|
394
|
200
|
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.