Imię i nazwisko : Maciej Pikniczka			Wydział : Elektryczny	Kierunek: Elekroautomatyka Okrętowa
Grupa nr: III	Ćwiczenie nr: 6	Data wykonania: 19.04.1999	Data oddania: 26.04.1999
Temat : Badanie drgań relaksyjnych			Uwagi :	Ocena :

1 Wstęp teoretyczny

Drganiami relaksyjnymi nazywamy drgania układy (mechanicznego, cieplnego elektrycznego) zdolnego do określonych drgań własnych, poddanego działaniu stałej siły.

Jeżeli wspomnianemu układowi dostarcza się energii z zewnątrz w sposób ciągły, wykonuje on drgania relaksyjne, zmniejszanie przepływu energii powoduje przerwanie tych drgań, a nie zmniejszanie amplitudy jak w drganiach harmonicznych. ich amplituda mimo tłumienia jest stała. Drgania relaksyjne są więc drganiami nie zanikającymi.

Drgania relaksyjne, jak każde drgania periodyczne opisywane są okresową funkcją czasu x(t). Najmniejszy okres T dla którego zachodzi równość x(t) = x(t + T) dla dowolnego czasu t, nazywamy okresem drgań. Okres drgań relaksyjnych można podzielić na etapy odpowiadające szybkim i powolnym zmianom stanu układu. Ważną cechą drgań relaksyjnych jest ich nie sinusoidalny przebieg. czasowy. Przykładem elektrycznym drgań relaksyjnych są drgania powstające w obwodach ze źródłem prądu stałego, pojemnością oporem i lampą gazową. Lampa neonowa dołączona równolegle do kondensatora spełnia rolę automatycznego przerywacza w obwodzie.

Jeżeli na elektrodach neonówki powstanie pewna różnica potencjałów U_z, to pod wpływem pola elektrycznego następuje przyspieszenie jonów i elektronów obecnych wewnątrz lampy, a powstałych pod wpływem zewnętrznych czynników jonizujących. Elektrony przyspieszone przez pole elektryczne ulegają zderzeniom z napotkanymi atomami neonu i jonizują je, powstają nowe elektrony, które dążąc do elektrody dodatniej, jonizują następne atomy. Występuje wtedy jonizacja lawinowa i gwałtowny przepływ prądu przez lampę. W stanie jarzenia lampa neonowa ma bardzo mały opór. Gdy napięcie na elektrodach lampy zmniejszy się do pewnej wartości U_g, lampa neonowa gaśnie. Następuje to wtedy, gdy wartość napięcia pomiędzy elektrodami nie wystarcza do wywołania jonizacji lawinowej. Gdy lampa gaśnie opór jej jest bardzo duży.

2 Ćwiczenie 1

Wyznaczanie napięcia gaśnięcia i zapłonu lampy neonowej

Użyte przyrządy

- autotransformator

- woltomierz magnetoelektryczny kl. 0,5

- lampa neonowa

W celu wyznaczenia napięcia zapłonu U_z, napięcia gaśnięcia U_g oraz stałej K lampy neonowej zestawiono poniższy układ oraz stopniowo zwiększano napięcie na autotransformatorze, aż do zapalenia się lampy. Notowano napięcia zapłonu a następnie powoli obniżano napięcie, aż do gaśnięcia lampy. Notowano napięcie gaśnięcia, ustawiano autotransformator na 0 i ponownie powtarzano ćwiczenie.

Zestawienie wyników

U_z = 140 ± 0,75 [V]

U_g = 132 ± 0,375 [V]

2 Ćwiczenie 2

Wyznaczanie okresu drgań relaksyjnych od oporu i pojemności elektrycznej obwodu

Użyte przyrządy

- autotransformator

- woltomierz magnetoelektryczny kl. 0,5

- lampa neonowa

- 2 x nieznanej pojemności kondensator

- 5 x rezystor 1 kΩ

W celu obliczenia stałej K lampy oraz obliczenia nieznanych pojemności kondensatorów wykorzystano poniższy układ pomiarowy. Ustalono napięcie zasilania U na 150 [V] i obserwowano częstotliwość zapalania się lampy neonowej ( czas 20 zapłonów). Pomiary dokonywano dla kondensatora C₁ dodając po kolei rezystancje od 1 do 5 kΩ. Ćwiczenie powtórzono dla kondensatora C₂ oraz dla szeregowego i równoległego połączenia tych elementów. Wyniki zestawiono w tabeli.

Zestawienie wyników

C1			C2			C12 szeregowo			C12 równolegle
Tśr	R	C	Tśr	R	C	Tśr	R	C	Tśr	R	C
[s]	[kΩ]	[μF]	[s]	[kΩ]	[μF]	[s]	[kΩ]	[μF]	[s]	[kΩ]	[mF]
0,25	1	423	0,55	1	941	0,22	1	372	0,81	1	1,37
0,5	2	424	1,1	2	921	0,34	2	288	1,49	2	1,26
0,71	3	424	1,6	3	896	0,48	3	271	2,2	3	1,24
1	4	423	2,04	4	8,65	0,64	4	271	2,99	4	1,27
1,25	5	424	2,5	5	847	0,81	5	275	3,7	5	1,28

C_1śr = 424 [μF]

C_2śr = 882 [μF]

C_12śr szeregowe = 276 [μF]

C_12śr równoległe = 1,26 [μF]

połączenie szeregowe

połączenie równoległe

4 Wnioski i spostrzeżenia.

Wykonane ćwiczenia wykazały, że za pomocą układu z elementami rezystancyjno-pojemnościowymi oraz neonówką można dość dokładnie zmierzyć pojemność kondensatora. Dowodem może być niewielka różnica pomiędzy pojemnością szeregowego połączenia kondensatorów uzyskaną za pomocą obliczeń a pojemnością uzyskaną za pomocą układu pomiarowego. (różnica wyniosłą zaledwie 10 [μF])

---