Nr grupy: VI - 3	Imię i nazwisko: Przemysław Machura	Data: 11.06.2008
Nr ćwiczenia: 40	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyki lampy neonowej. Generator drgań relaksacyjnych.	Ocena:

Część teoretyczna:

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku.

Przy założeniu, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, że nie wpływa on znacząco na zewnętrzne pole elektryczne. W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolności źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła o spadek napięcia na oporze istniejącym wewnątrz źródła (opór wewnętrzny). Zależność pomiędzy spadkami napięć i siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje drugie prawo Kirchhoffa. Jednostką napięcia jest wolt (V), a symbolem napięcia we wzorach fizycznych jest U.

Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Definicję tę zapisujemy formalnie jako pochodną ładunku po czasie:

Gdzie: (jednostki w układzie SI)

dQ – zmiana ładunku równoważna przepływającemu ładunkowi (kulomb),

dt – czas przepływu ładunku (sekunda),

I – natężenie prądu elektrycznego (amper).

Natężenie prądu oznaczamy literą I, a czasami literą i. Gdy ilość ładunku przepływającego przez daną powierzchnię rozpatrywana jest jako funkcja czasu q(t), natężenie prądu i(t) jest także funkcją czasu określoną wzorem:

Natężenie prądu płynącego w obwodzie elektrycznym zależy od źródła zasilającego ten obwód oraz impedancji obwodu. Źródła dzielą się na prądowe oraz napięciowe. Źródło prądowe to takie, które wymusza przepływ prądu o określonej wartości. Prąd w obwodzie zasilanym źródłem napięciowym zależy od wartości rezystancji zastępczej tego obwodu. W przypadku wielu typowych obwodów prądu stałego, wartość natężenia płynącego prądu można wyznaczyć posiłkując się prawem Ohma.

Prawo Coulomba głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami. Jest to podstawowe prawo elektrostatyki. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru:

,

w którym:

F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,

q₁ , q₂ - punktowe ładunki elektryczne,

r - odległość między ładunkami,

k - współczynnik proporcjonalności:

gdzie:

- względna przenikalność elektryczna ośrodka;

- przenikalność elektryczna próżni.

Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej. Można go opisać jako:

Współczynnik proporcjonalności w tej relacji nazywany jest konduktancją, oznaczaną przez G.

lub w ujęciu tradycyjnym:

Odwrotność konduktancji nazywa się oporem elektrycznym przewodnika:

Prawo Ohma określa opór elektryczny przewodnika:

Pierwsze prawo Kirchhoffa prawo dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego. Prawo to wynika z zasady zachowania ładunku. Wraz z drugim prawem Kirchhoffa umożliwia określenie przepływających prądów w obwodach elektrycznych. Prawo to brzmi: Suma algebraiczna natężeń prądów dopływających(+) i odpływających(-) z danego węzła jest równa 0. lub Suma natężeń prądów dopływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. Dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma algebraiczna wartości chwilowych prądów jest równa zeru.

Przyjmuje się konwencję, że prądy zwrócone do węzła mają znak (+), zaś prądy ze zwrotem od węzła mają znak (-), np.:

Drugie prawo Kirchhoffa - zwane również Prawem napięciowym, dotyczy bilansu napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym.

Treść prawa: Suma wartości chwilowych sił elektromotorycznych występujących w obwodzie zamkniętym równa jest sumie wartości chwilowych napięć elektrycznych na elementach pasywnych tego obwodu:

Gdzie to wartość chwilowa sem k-tego źródła; - napięcie na l-tym elemencie oczka.

Lampa gazowa - lampa, która emituje światło przez spalanie gazu. Efekt świecenia powstaje dzięki znajdującym się w płomieniu, rozżarzonym cząsteczkom węgla, lub żarnikowi w postaci koszulki Auera.

Neonówka, lampa neonowa - wynaleziona w 1909 przez Francuza Georgesa Claude'a - najprostsza lampa wyładowcza w postaci dwóch elektrod umieszczonych wewnątrz szklanej bańki wypełnionej gazem szlachetnym (zazwyczaj neonem lub mieszaniną gazów). Gdy do elektrod neonówki przyłożone zostanie napięcie, wówczas jony obecne zawsze w gazie (m. in. dzięki promieniotwórczości naturalnej) są przyspieszane w powstałym polu elektrycznym. Jeżeli średnia droga swobodna jest dostatecznie duża, jony mogą uzyskać dostatecznie dużą energię do jonizacji kolejnych atomów, które znów są przyspieszane. Powstająca w ten sposób lawina jonów (prąd elektryczny) powoduje efekt świetlny. Każda lampa neonowa ma ściśle określone napięcie zapłonu, dla którego lampa zaczyna świecić. Długość drogi swobodnej zależy od składu i ciśnienia gazu w bańce. Od powierzchni, kształtu i odległości elektrod zależy natomiast natężenie pola elektrycznego w lampie. Dlatego wszystkie te czynniki mają wpływ na wartość napięcia zapłonu, które mogą wahać się od około 60 V do kilku kilowoltów. Przekroczenie tego napięcia powoduje świecenie jonów gazu wokół tej z elektrod, która ma potencjał ujemny (katody), natomiast gaz wokół anody pozostaje ciemny. Przyłożenie do neonówki napięcia przemiennego powoduje cykliczne zamienianie się rolami anody i katody i w efekcie rozbłyskanie gazu na przemian wokół obu elektrod. Od składu mieszaniny gazów zależy także kolor światła - zazwyczaj jest on pomarańczowo-różowy. Po zapłonie gazu w neonówce natężenie prądu elektrycznego wzrasta, ale w typowych neonówkach nie przekracza maksymalnie kilku miliamperów. Jeśli w obwodzie neonówki jest włączony szeregowy rezystor, to napięcie na elektrodach lampy stabilizuje się na poziomie poniżej napięcia zapłonu. Przy obniżaniu napięcia prąd płynie przez neonówkę tylko do pewnego napięcia granicznego, zwanego napięciem gaśnięcia.

Pojemnością elektryczną odosobnionego przewodnika nazywamy wielkość fizyczna C równą stosunkowi ładunku q zgromadzonego na przewodniku do potencjału tego przewodnika.

Odosobniony przewodnik to ciało znajdujące się w tak dużej odległości od innych ciał, że wpływ ich pola elektrycznego jest pomijalny. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad.

Pojemność wzajemna dwóch naładowanych przewodników, zawierających ładunki q i -q wynosi:

gdzie: i to potencjały tych przewodników.

Pojemność wzajemna jest podstawowym parametrem układów elektrycznych gromadzących ładunek w wyniku różnicy potencjałów w tym i kondensatorów. Określenie wzajemna jest zazwyczaj pomijane.

Kondensator to element elektryczny (elektroniczny) zbudowany z dwóch przewodników (okładzin) rozdzielonych dielektrykiem. Doprowadzenie napięcia do okładzin kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Jeżeli kondensator jako całość nie jest naelektryzowany, to cały ładunek zgromadzony na jego okładkach jest jednakowy, ale przeciwnego znaku. Kondensator charakteryzuje pojemność określająca zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku:

gdzie:

• C - pojemność, w faradach

• Q - ładunek zgromadzony na jednej okładce, w kulombach

• U - napięcie elektryczne między okładkami, w woltach.

Pojemność wyrażana jest w faradach. Jeden farad to bardzo duża jednostka, dlatego w praktyce spotyka się kondensatory o pojemnościach piko-, nano-, mikro- i milifaradów.