OPISY UKŁADÓW POMIAROWYCH
1. Układ do pomiaru napięcia zapłonu.
(wstawić schemat ze strony 163)
Z - regulowany zasilacz napięciowy
Vo i V - woltomierze
R - opornik o regulowanej rezystancji
N - neonówka
2. Układ do wyznaczania charakterystyki prądowo-napięciowej neonówki.
(wstawić schemat ze strony 163)
Z - regulowany zasilacz napięciowy
Vo - woltomierze
R - opornik o regulowanej rezystancji
N - neonówka
A - mikroamperomierz
3. Układ do wyznaczania okresu drgań relaksacyjnych neonówki.
(wstawić schemat ze strony 163)
Z - regulowany zasilacz napięciowy
Vo - woltomierze
R - opornik o regulowanej rezystancji
N - neonówka
A - mikroamperomierz
C - kondensator o regulowanej pojemności
OPIS PRZEBIEGU ĆWICZENIA
A. Charakterystyki lampy neonowej.
1. Zestawienie schematu pomiarowego wg. schematu nr 1.
2. Wyznaczenie napięcia zapłonu Uz i gaśnięcia Ug neonówki. Ustalenie maksymalnej wartości rezystancji na oporniku. Włączenie zasilacza Z.
3. Odnotowanie wartości rezystancji opornika R połączonego szeregowo z neonówką.
4. Wyznaczenie zależności natężenia prądu płynącego przez neonówkę od napięcia zasilania Uo.
B. Drgania relaksacyjne.
1. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu nr 2.
2. Ustalenie stałej wartości napięcia Uo.
3. Pomiar czasu 10 błysków neonówki dla zadanej pojemności C kondensatora.
4. Powtórzenie pomiarów dla 6-ciu różnych wartości C.
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
A. Charakterystyki lampy neonowej.
1. Wartości średnie i odchylenia standardowe napięć Uz i Ug.
Obliczenia wykonujemy wg. następującego wzoru:
Wartości średnie i ich odchylenia wynoszą odpowiednio:
Uz = (94,9 ± 0,3) [V] - napięcie zapłonu
Ug = (73,9 ± 1,1) [V] - napięcie gaśnięcia
2. Niepewności pomiarów napięcia i natężenia prądu.
DI = k×z / 100 = 1×200×10- 6 A / 100 = 2 ×10- 6 [A]
DUz = k×z / 100 = 1×200V / 100 = 2 [V]
DUg = k×z / 100 = 1×200V / 100 = 2 [V]
DUo = k×z / 100 = 1×200V / 100 = 2 [V]
3. Sporządzenie wykresu zależności natężenia prądu płynącego przez neonówkę od napięcia Uo - WYKRES 1.
Uo [V] |
I ×10- 6 [A] |
60 |
0 |
65 |
0 |
70 |
0 |
75 |
0 |
80 |
0 |
85 |
0 |
90 |
16 |
95 |
41 |
100 |
50 |
105 |
58 |
110 |
66 |
115 |
74 |
120 |
82 |
125 |
91 |
130 |
99 |
B. Drgania relaksacyjne.
1. Wartości średnie i odchylenia standardowe czasu 10 błysków neonówki.
Obliczenia wykonujemy wg. następującego wzoru:
Wyniki obliczeń dla różnych pojemności kondensatora zawiera tabela:
C ×10- 6 [F] |
t [s] |
Dt [s] |
1.1 |
10.98 |
0.23 |
0.9 |
9.18 |
0.14 |
0.7 |
7.15 |
0.18 |
0.5 |
5.22 |
0.13 |
0.3 |
3.19 |
0.05 |
0.1 |
1.66 |
0.06 |
2. Okres drgań neonówki oraz jego niepewność.
Okresy drgań i ich niepewności dla poszczególnych pojemności kondensatora wyznaczamy ze wzorów:
Wyniki obliczeń zostały ujęte w poniższej tabeli:
C ×10- 6 [F] |
T [s] |
DT [s] |
1.1 |
1.098 |
0.011 |
0.9 |
0.918 |
0.007 |
0.7 |
0.715 |
0.009 |
0.5 |
0.522 |
0.007 |
0.3 |
0.319 |
0.003 |
0.1 |
0.166 |
0.003 |
3. Wykres zależności okresu drgań relaksacyjnych neonówki od pojemności kondensatora - T = f(C) - WYKRES 1.
4. Współczynniki kierunkowe prostej aproksymującej zależność T = f(C).
Współczynniki prostej T = a C + b oraz ich niepewności wyznaczamy na podstawie następujących wzorów:
Wyznaczone współczynniki prostej T = a C + b mają następujące wartości:
a = (950 ± 59) × 10 3 [W]
b = (52,7 ± 3,3) ×10- 3 [s]
5. Stała proporcjonalności K (wyznaczona pierwszą metodą).
Wzór na stałą K uzyskujemy przez porównanie następującego wzoru:
T = K×R×C
z równaniem prostej aproksymującej
T = a C + b
Z powyższego porównania uzyskujemy wzór:
K = a / R [W/W = 1]
6. Niepewność stałej K.
Niepewność wyznaczenia stałej K wyznaczamy metodą różniczki zupełnej wg. wzoru:
Obliczona wielkość K oraz jej niepewność wynoszą:
K = (1,584 ± 0,099) [1]
7. Stała K obliczona z wykorzystaniem wartości napięć Uz, Ug oraz Uo.
Obliczeń dokonujemy wykorzystując wzór:
gdzie:
Uo = (100 ± 2) [V]
Uz = (94,9 ± 0,3) [V] - napięcie zapłonu
Ug = (73,9 ± 1,1) [V] - napięcie gaśnięcia
8. Niepewności wyznaczenia stałej K.
Niepewność wyznaczamy metodą różniczki zupełnej:
Obliczona wielkość K oraz jej niepewność wynoszą:
K = (1,635 ± 0,103) [1]
7. Błąd względny wynikający z porównania wielkości stałych K wyznaczonych różnymi metodami.
K1 = (1,584 ± 0,099) [1] - stała wyznaczona pierwszą metodą
K2 = (1,635 ± 0,103) [1] - stała wyznaczona drugą metodą
Wartość błędu wynosi D = 3,2%.
WNIOSKI
1. Na podstawie wykresu zależności okresu drgań relaksacyjnych neonówki od pojemności kondensatora możemy wnioskować o liniowym przebiegu wykresu. Następnie dokonaliśmy aproksymacji uzyskując prostą o równaniu T = a C + b, które ma następujące współczynniki kierunkowe:
a = (950 ± 59) × 10 3 [W]
b = (52,7 ± 3,3) ×10- 3 [s]
2. Stała proporcjonalności wyznaczona przy wykorzystaniu prostej aproksymującej
T = a C + b wynosi K1 = (1,584 ± 0,099) [1] i stanowi ok. 97% stałej K wyznaczonej przy wykorzystaniu wartości napięć Uz, Ug i Uo. Porównanie obydwu wielkości dało błąd względny równy D = 3,2%.
3. Błąd jest spowodowany nałożeniem się błędów pomiarowych oraz niepewności współczynników prostej aproksymującej. W celu uniknięcia błędów pomiarowych należałoby zwiększyć liczbę pomiarów w celu zwiększenia liczebności próbki reprezentującej daną wielkość.
4. Zależność prądu płynącego przez neonówkę do pewnego momentu (ok. 90 [V]) jest prostą y = 0. Po przekroczeniu tej wartości następuje szybki wzrost prądu, a następnie ww. charakterystyka przyjmuje kształt prostej o odpowiednim pochyleniu.
7