Politechnika świętokrzyska
Laboratorium elektrotechnika
Ćwiczenie nr. 4		Badanie stanów nieustalonych	Mateusz Piwowarczyk Grzegorz Radek Monika Sikora Karol Lipiec
Zespół nr. 4
Data ćw. 11.10.2011	Data oddania: 11.10.2011			Grupa dziekańska: 1ND13B
						OCENA:

1. Wstęp teoretyczny:

Celem realizowanego ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem prostych układów elektrycznych znajdujacych się w stanie nieustalonym. Stan ustalony jest to stan w którym wszystkie prady i napiecia jak i energia zmieniaja się okresowo lub maja stałe wartosci. Stan nieustalony jest to stan przejściowy między dwoma ustalonymi stanami obwodu, spowodowany zmianą struktury lub parametrów obwodu. Stan nieustalony jest zwiazany z obecnościa w obwodzie elementów zachowawczych takich jak cewka lub kondensator. Warto przypomnieć ze elementy te maja zdolność do magazynowania energii, kondensator w polu elektrycznym a cewka w polu magnetycznym . Zmiany stanów nie mogą zachodzić skokowo ponieważ gdyby było to możliwe moc chwilowa elementu zachowawczego musiała by być nieskończenie wielka. Energia pobierana przez cewke jest proporcjonalna do płynacego przez nia prądu dlatego aby zachować ciagłość zmian energii musi być zachowana ciagłość przebiegu pradu. Analogicznie jest z kondensatorem lecz w odróżnieniu od cewki aby zapewnić ciagłość zmian energii musi być zachowana ciagłość przebiegu napiecia. W naszym ćwiczeniu rozpatrzymy dwa obwody elektryczne składajace się z rezystora i konensatora czyli prostego układu RC o w różnych kombinacjach wartości rezystancjii. Dla badanych obwodów wykreślimy charakterystyki ładowania oraz rozładowania kondensatora przez rezystor w funkcjii czasu oraz wykonamu niezbedne obliczenia.

2. Schematy pomiarowe:

• Schemat pomiarowy do badań obwodu z rezystorem 10M Ω i kondensatorem 10uF

• Schemat pomiarowy do badań obwodu z rezystorami

2x 5M Ω połączonymi równolegle i kondensatorem 10uF

3. Wykaz przyrządów pomiarowych:

-zasilacz Metratronik D.C Power Supply P317 ZET/510D/1419

-woltomierz (V1) ELPO U.W.CZ. TYP U718A /E/PN-7/294/75

-woltomierz (V2) ZET/PN-78/

-makieta do badań (dwa rezystory 10 M Ω + dwa kondensatory 10uF)

4. Tabele pomiarowe:

• Tabela pomiarowa nr1

Ładowanie kondensatora E=3V,C=10uF,R= 10M Ω, τ=100
POMIARY				OBLICZENIA
Lp.	t [s]	Uc [v]	Ic [uA]		Uc [v]	Ic [uA]
1	3	0,1	0,29	3,3*10	9,9*10	0,29
2	6	0,15	0,285	57*10	0,171*10	0,285
3	9	0,25	0,275	0,000019	0,000057	0,275
4	14	0,35	0,265	0,00079	0,00237	0,265
5	19	0,48	0,252	0,0051	0,0153	0,252
6	24	0,58	0,242	0,0155	0,465	0,242
7	29	0,68	0,232	0,031	0,093	0,232
8	34	0,78	0,222	0,039	0,117	0,222
9	39	0,8	0,22	0,05	0,15	0,22
10	44	0,9	0,21	0,1	0,3	0,21
11	49	0,95	0,205	0,12	0,36	0,205
12	54	1	0,2	0,15	0,45	0,2
13	59	1,05	0,195	0,18	0,54	0,195
14	64	1,1	0,19	0,21	0,63	0,19
15	69	1,15	0,185	0,23	0,69	0,185
16	74	1,2	0,18	0,258	0,774	0,18
17	79	1,23	0,177	0,259	0,777	0,177
18	84	1,25	0,175	0,3	0,9	0,175
19	89	1,25	0,175	0,32	0,96	0,175
20	94	1,3	0,17	0,34	1,02	0,17
21	99	1,33	0,167	0,36	1,08	0,167
22	104	1,33	0,167	0,38	1,14	0,167
23	109	1,35	0,165	0,39	1,17	0,165
24	114	1,4	0,16	0,41	1,23	0,16
25	119	1,4	0,16	0,43	1,29	0,16
26	124	1,43	0,157	0,44	1,32	0,157
27	129	1,43	0,157	0,46	1,38	0,157
28	134	1,45	0,155	0,47	1,41	0,155
29	139	1,45	0,155	0,48	1,44	0,155
30	144	1,45	0,155	0,49	1,45	0,155
31	149	1,45	0,155	0,5	1,5	0,155
32	154	1,5	0,15	0,52	1,56	0,15
33	164	1,5	0,15	0,54	1,62	0,15
34	169	1,5	0,15	0,55	1,65	0,15
35	174	1,5	0,15	0,56	1,68	0,15
36	179	1,55	0,145	0,57	1,71	0,145
37	184	1,55	0,145	0,58	1,74	0,145
38	189	1,55	0,145	0,589	1,76	0,145
39	194	1,55	0,145	0,59	1,77	0,145
40	199	1,55	0,145	0,605	1,8	0,145
41	204	1,55	0,145	0,612	1,836	0,145

• Przykładowe obliczenia:

Ic=(E-Uc):R=(3v-0,1v): 10M Ω=0,29uA


=1:2,995592469
=3,3*10


Uc=U*
=3V*3,3*10
=9,9*10


• Tabela pomiarowa nr2

Rozładowanie kondensatora U=3v,C=10uF,R= 10M Ω, τ=100
	POMIARY			OBLICZENIA
Lp.	t [s]	Uc [v]	Ic [uA]		Uc [v]	Ic [uA]
1	3	1,5	-0,15	3,3*10	9,9*10	-0,15
2	6	1,35	-0,135	57*10	0,171*10	-0,135
3	9	1,25	-0,125	0,000019	0,000057	-0,125
4	14	1,1	-0,11	0,00079	0,00237	-0,11
5	19	0,98	-0,098	0,0051	0,0153	-0,098
6	24	0,88	-0,088	0,0155	0,465	-0,088
7	29	0,8	-0,08	0,031	0,093	-0,08
8	34	0,7	-0,07	0,039	0,117	-0,07
9	39	0,65	-0,065	0,05	0,15	-0,065
10	44	0,6	-0,06	0,1	0,3	-0,06
11	49	0,52	-0,052	0,12	0,36	-0,052
12	54	0,48	-0,048	0,15	0,45	-0,048
13	59	0,43	-0,043	0,18	0,54	-0,043
14	64	0,39	-0,039	0,21	0,63	-0,039
15	69	0,35	-0,035	0,23	0,69	-0,035
16	74	0,3	-0,03	0,258	0,774	-0,03
17	79	0,28	-0,028	0,259	0,777	-0,028
18	84	0,25	-0,025	0,3	0,9	-0,025
19	89	0,23	-0,023	0,32	0,96	-0,023
20	94	0,2	-0,02	0,34	1,02	-0,02
21	99	0,18	-0,018	0,36	1,08	-0,018
22	104	0,15	-0,015	0,38	1,14	-0,015
23	109	0,13	-0,013	0,39	1,17	-0,013
24	114	0,12	-0,012	0,41	1,23	-0,012
25	119	0,11	-0,011	0,43	1,29	-0,011
26	124	0,09	-0,009	0,44	1,32	-0,009
27	129	0,08	-0,008	0,46	1,38	-0,008
28	134	0,07	-0,007	0,47	1,41	-0,007
29	139	0,06	-0,006	0,48	1,44	-0,006
30	144	0,05	-0,005	0,49	1,45	-0,005
31	149	0,04	-0,004	0,5	1,5	-0,004
32	154	0,03	-0,003	0,52	1,56	-0,003
33	164	0,02	-0,002	0,54	1,62	-0,002
34	169	0,01	-0,001	0,55	1,65	-0,001
35	174	0,011	-0,0011	0,56	1,68	-0,0011
36	179	0	0	0,57	1,71	0
37	184	0	0	0,58	1,74	0
38	189	0	0	0,589	1,76	0
39	194	0	0	0,59	1,77	0
40	199	0	0	0,605	1,8	0
41	204	0	0	0,612	1,836	0

• Przykładowe obliczenia:

Ic=-
=-
=-0,009uA

Uc=U*
=3V*0,44=1,32

• Tabela pomiarowa nr3

Ładowanie kondensatora E=3V,C=10uF,R= 5M Ω, τ=50
	POMIARY			OBLICZENIA
Lp.	t [s]	Uc [v]	Ic [uA]		Uc [v]	Ic [uA]
1	3	0,1	0,58	57*10	0,171*10	0,58
2	6	0,3	0,54	24*10	0,072	0,54
3	9	0,45	0,51	0,003	0,009	0,51
4	14	0,65	0,47	0,028	0,084	0,47
5	19	0,8	0,44	0,071	0,213	0,44
6	24	1	0,4	0,12	0,36	0,4
7	29	1,15	0,37	0,17	0,51	0,37
8	34	1,3	0,34	0,22	0,66	0,34
9	39	1,4	0,32	0,277	0,831	0,32
10	44	1,5	0,3	0,32	0,96	0,3
11	49	1,6	0,28	0,36	1,08	0,28
12	54	1,7	0,26	0,396	1,188	0,26
13	59	1,75	0,25	0,428	1,284	0,25
14	64	1,8	0,24	0,457	1,371	0,24
15	69	1,85	0,23	0,484	1,452	0,23
16	74	1,9	0,22	0,487	1,461	0,22
17	79	1,95	0,21	0,53	1, 59	0,21
18	84	1,98	0,204	0,55	1,65	0,204
19	89	2	0,2	0,57	1,71	0,2
20	94	2,03	0,19	0,587	1,761	0,19
21	99	2,03	0,19	0,6	1,8	0,19
22	104	2,05	0,19	0,618	1,8	0,19
23	109	2,08	0,184	0,63	1,854	0,184
24	114	2,08	0,184	0,64	1,92	0,184
25	119	2,1	0,18	0,65	1,95	0,18
26	124	2,1	0,18	0,66	1,98	0,18
27	129	2,1	0,18	0,67	2,01,	0,18
28	134	2,1	0,18	0,688	2,04	0,18

• Przykładowe obliczenia:


=1:17307779,95 =57*10


Uc=U*
=3V*57*10
=0,171*10


Ic=(E-Uc):R=(3v-0,1v): 5M Ω=0,58 uA

• Tabela pomiarowa nr4

Rozładowanie kondensatora U=3v,C=10uF,R= 5M Ω, τ=50
	POMIARY			OBLICZENIA
Lp.	t [s]	Uc [v]	Ic [uA]		Uc [v]	Ic [uA]
1	3	2,2	-0,02	57*10	0,171*10	-0,02
2	6	2	-0,06	24*10	0,072	-0,06
3	9	1,8	-0,09	0,003	0,009	-0,09
4	14	1,65	-0,13	0,028	0,084	-0,13
5	19	1,45	-0,16	0,071	0,213	-0,16
6	24	1,25	-0,2	0,12	0,36	-0,2
7	29	1,1	-0,23	0,17	0,51	-0,23
8	34	0,9	-0,26	0,22	0,66	-0,26
9	39	0,8	-0,28	0,277	0,831	-0,28
10	44	0,7	-0,3	0,32	0,96	-0,3
11	49	0,6	-0,32	0,36	1,08	-0,32
12	54	0,5	-0,34	0,396	1,188	-0,34
13	59	0,45	-0,35	0,428	1,284	-0,35
14	64	0,35	-0,36	0,457	1,371	-0,36
15	69	0,3	-0,37	0,484	1,452	-0,37
16	74	0,25	-0,38	0,487	1,461	-0,38
17	79	0,2	-0,39	0,53	1, 59	-0,39
18	84	0,18	-0,396	0,55	1,65	-0,396
19	89	0,15	-0,4	0,57	1,71	-0,4
20	94	0,13	-0,406	0,587	1,761	-0,406
21	99	0,1	-0,406	0,6	1,8	-0,406
22	104	0,09	-0,41	0,618	1,8	-0,41
23	109	0,05	-0,416	0,63	1,854	-0,416
24	114	0,04	-0,416	0,64	1,92	-0,416
25	119	0,03	-0,42	0,65	1,95	-0,42
26	124	0,02	-0,42	0,66	1,98	-0,42
27	129	0,015	-0,42	0,67	2,01,	-0,42
28	134	0	-0,42	0,688	2,04	-0,42

• Przykładowe obliczenia


=1:17307779,95 =57*10


Uc=U*
=3V*3,3*10
=9,9*10


Ic=-
=-
=--0,02uA

5. Charakterystyki i wykresy:

• Charakterystyka ładowania kondensatora 10uF w układzie z rezystorem 10M Ω




• Charakterystyka rozładowania kondensatora 10uF przez rezystor 10M Ω




• Charakterystyka ładowania kondensatora 10uF w układzie z rezystorem 5M Ω




• Charakterystyka rozładowania kondensatora 10uF przez rezystor 5M Ω




6.Wnioski
Dla prądu stałego kondensator stanowi przerwę w obwodzie elektrycznym. Kondensator ładuje i rozładowuje się szybciej jeżeli rezystancja R jest mniejsza. Pierwsze pomiary rozładowania i ładowania kondensatora wykonywane były co 3 sekundy, następne natomiast co 5 sekund. Układ działał poprawnie.

8

---