LABORATORIUM FIZYKI			ĆWICZENIE: 12
			DATA: 8.11.2009
Wydział: SiMR	Grupa: 3.1	Zespół: 3	Punktacja:	Przygotowanie:
Nazwisko i imię: Piotr Paziński
Temat ćwiczenia: Badanie procesów relaksacyjnych w obwodach elektrycznych					Sprawozdanie:
Prowadzący:					Suma punktów:

WSTĘP

Procesem relaksacyjnym nazywamy przejście układu fizycznego do stanu równowagi, czyli stanu o najniższej energii.Są to zjawiska nieodwracalne z uwagi na fakt, iż część energii ulega w nim rozproszeniu. W badanym przypadku procesem relaksacyjnym jest ładowanie i rozładowywanie kondensatora w obwodzie elektrycznym RC. Wszystkie obserwacje opierały się na II Prawie Kirchhoffa, czyli suma spadków napięć w obwodzie równa jest 0.

UKŁAD POMIAROWY, WYKONANIE CWICZENIA

Cwiczenie składało się z dwóch części. Celem pierwszej części ćwiczenia było wyznaczenie czasu połowicznego zaniku T_1/2 dla kondensatora w układzie ładowania i rozładowania, wyznaczenie czasu relaksacji τ oraz cykliczne pomiary rezystancji w układzie.Natomiast w drugiej części cwiczenia należało wyznaczyc napięcie zapłonu i gaśnięcia neonówki oraz zbadac zależność okresu drgań od wartości rezystancji R i pojemności C

Układ złożony z zasilacza, kondensatora, klucza, mikroamperomierza oraz rezystora.

Układ złożony z tych samych czesci co poprzedni jednak w innym zestawieniu.

Schemat złożony z rezystora, neonówki oraz woltomierza.

W tym układzie został jeszcze dodany kondensator.

Wykonanie cwiczenia

Pierwsza czesc cwiczenia.

Badanie procesu ładowania ( rozładowywania) kondensatora

- Połączono układ według schematu „Obwód ładowania/rozładowania kondensatora”;

- Zmierzono czas połowiczny w zakresie od 120 do 60 mikroamperów

- Po rozwarciu klucza, co 5 sekund mierzonowartość oporu. Pomiary przeprowadzono dla ładowania i roładowanie kondensatora;

- Pomiar przeprowadzamy do osiągnięcia ok. 15% wartości wyjściowej.

Druga część cwiczenia

1. Badanie napięcia zapłonu Uz i gaśnięcia Ug neonówki

- Połączono układ według schematu „Schemat układu do pomiaru napięcia zapłonu i gaśnięcia neonówki”;

- Pokrętłem zasilacza regulowanego zwiększano napięcia do momentu zapalenia się neonówki;

- Odczytano napięcie tuż przed zapłonem;

- Obniżono napięcie aż do zgaszenia się neonówki;

- Pomiary wykonujemy 5 razy

3. Badanie zależności okresu drgań od wartości rezystancji R i pojemności C

-Połączono układ według schematu „Układ do obserwacji drgań relaksacyjnych w obwodzie RC z lampą neonową”;

- Ustawiano napięcie przy którym możemy zaobserwować rozbłysk neonówki;

- Zmierzono czas 20 rozbłysków dla różnych rezystancji przy stałym napięciu zasilania i stałej pojemności kondensatora.

Wszystkie pomiary przeprowadzano dla kondensatorów o pojemnościach C₁=0,47[
] , C₂=1[
] , C₃=2,2[
] oraz oporności 320[
], 390[
] 470[
], 560[
], 680[
], 760[
], 835[
]. Pomiary były prowadzone przy napięciu zasilacza
[V]

WYNIKI, ICH OPRACOWANIE I RACHUNEK BŁĘDU

Wyniki pomiarów przedstawiają poniższe tabele.

Ładowanie kondensatora:

							Io(mA)\t(s)
							0			5	10	30	35		40	45	50	55	60	65
C1=200mF			R1=200W				120			106	94	57	51		46	40	36	31	28	24
						R2=300W				120			111	103	74	68		63	58	53	49	45	41
70	75	80		85	90	95		100	105	110	115	120
22	19	17		15	14
38	35	33		30	28	26		24	22	20	19	18

T1/2 dla 200 W = 28,4 s

T1/2 dla 300 W =42,9 s

Rozładowanie kondensatora:

C[F]	R[k]		0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
C=200	R=200			120	103	97	75	63	53	46	37	32	26	23	19	17

Zapłon i gaśniecie neonówki

	Dla 50kW
n	1	2	3	4	5	Uśr
Uz	76,16	76,21	76,43	76,33	76,38	76,30
Ug	65,9	65,4	65,4	65,3	65,3	65,46

20 migniec neonówki

C[	R	t
C=1	760	25,7
		680	22,9
		560	18,8
		470	15,9
		390	13
		320	11,3

Pomiar napięcia zapłonu i napięcia gaśnięcia neonówki.

Średnie wartości napięcia gaśnięcia i zapłonu obliczono według wzoru

Niepewności przypadkowe obliczono według wzoru

Otrzymano następujące wyniki:

,

Wyznaczanie okresu drgań relaksacyjnych.

Czas ładowania kondensatora t
=RCln

Czas rozładowania kondensatora

Okres drgań relaksacyjnych

Okres drgań relaksacyjnych dla każdej z wartości RC można obliczyć ze wzoru:

Błąd obliczonej wartości obliczono stosując metodę różniczki zupełnej:

Niepewności okresów oszacowano ze wzoru:

gdzie
- błąd pojedynczego pomiaru oszacowany na 0,1[s]

W poniższej tabelce przedstawiono zestawienie obliczonych i zmierzonych okresów drgań relaksacyjnych wraz z obliczonymi błędami.

R [ ]	[s]	[s]	[s]	[s]
320	0.201	0.072	0.282	0.005
390	0.245	0.088	0.389	0.005
470	0.296	0.106	0.477	0.005
560	0.352	0.126	0.598	0.005
680	0.428	0.153	0.718	0.005
760	0.478	0.171	0.802	0.005
835	0.525	0.188	0.915	0.005

Następnie przy użyciu programu komputerowego ORIGIN wykonano dwa wykresy prądów ładowania i rozładowania w układzie oraz lnI=f(t).Obydwa wykresy układają się wzdłuż lini prostej. Obliczenie czasu relaksacacji sprowadzało się do obliczenia współczynnika kierunkowego prostej przy pomocy najmniejszej sumy kwadratów.

Na jednym wykresie błąd wynosi A=-9,03356

Na drugim wykresie błąd wynosi A = -9,03252

Zarówno wykresy jak i ich błędy są bardzo zbliżone do siebie.

Wykresy są dołączone do sprawozdania.

WNIOSKI

Ćwiczenie zobrazowało występujące procesy relaksacyjne w obwodach RC. Błedy otrzymane z wykresów powstałych z badan prądów w układzie rozładowania i rozładowania są bardzo do siebie zbliżone.

Należy wziąśc pod uwagę błąd popełniony przy pomiarze napięcia ustawianego na zasilaczu. Wynik tego pomiaru nie został zanotowany na kartce, jednak ustalono, że najprawdopodobniej ustawione napięcie miało wartość 80 [V] i taką wartość zastosowano w tym sprawozdaniu. Można również stwierdzic, że wartość
jest bardzo wrażliwa na zmiany napicia
. Zatem jeżeli napięcie ustawione na zasilaczu nie miało wartości okrągłej, to wartości
mogą znacznie różnić się od tych przedstawionych w tej pracy. By uzyskać lepszą dokładność pomiarów należałoby zastosować lepszy woltomierz do pomiarów prądowych, gdyż wkład do niepewności wartości
od niepewności pomiaru napięć jest największy

---