Исследование процессов накопления в диэлектрических материалах

 

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

 

 

Реферат

 

 

По дисциплине:               ___ ______         Физика___________________________

 

Тема: _____________ Исследование процессов накопления и релаксации заряда в диэлектрических материалах_____________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:  студент гр. АХ-13                                                                     /Ростов Д.С./

 

Проверил:     профессор                                    ________ ___                         /Егоров С.В./

 

 

 

 

 

 

Дата:  16.03.2014

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014 год

 

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

	0	10	26	52	84	137	148	169	189
	0	2,07	5,08	7,80	9,7	9,7	11,2	11,41	11,56
	0	2,4	5,9	8,8	10,3	11,2	12,0	12,2	12,4

 

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

	0	10,5	21	27	30	36	49	76	226	395
	12,1	9,98	8,01	7,35	6,89	6,28	4,88	3,09	0,27	0
	12,1	8,9	7,8	6,7	6,0	5,6	4,1	2,4	0,25	0

 

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
	66	227	240	271	407	539	600
	11,97	10,05	7,97	6,47	3,24	2,88	1,97
Пара номеров	1 и 2	2 и 3	3 и 4	4 и 5	5 и 6	6 и 7	7 и 8
	1,7	0,12	0,31	0,41	2,3	0,34	0,56

 

Rв. 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

 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