69 (82)

Stanisław Szuba

10. Badanie ładowania i rozładowania kondensatora za pomocą zestawu komputerowego

Cel ćwiczenia

Sprawdzenie, w jakim stopniu przebieg rzeczywisty ładownia/rozładowania kondensatora jest zgodny z opisem teoretycznym kondensatora idealnego, określenie stałej czasowej, wyznaczenie pojemności kondensatora oraz ładunku na okładkach kondensatora.

Wprowadzenie

Kondensatorem nazywamy układ dwóch okładek metalowych dowolnego kształtu rozdzielonych dielektrykiem. W stanie naładowania na każdej z okładek znajduje się ładunek elektryczny Q o przeciwnym znaku, a między okładkami panuje różnica potencjałów (napięcie) U. Pojemnością kondensatora nazywamy stosunek ładunku do napięcia:

C = ^.    (10.1)

U

Pojemność kondensatora zależy od jego geometrii, tzn. od kształtu, rozmiarów i odległości okładek, a także od rodzaju dielektryka znajdującego się między nimi. Pojemność kondensatorów o dostatecznie symetrycznej budowie (np. płaskich, cylindrycznych, kulistych) jest opisana prostymi wzorami podawanymi w podstawowych podręcznikach fizyki.

Ładowanie kondensatora odbywa się przez dołączenie źródła o sile elektromotorycznej (SEM) £ do obwodu zawierającego szeregowo połączone opór R i pojemność C (na rys. 10.1 pozycja przełącznika a), natomiast rozładowanie — przez odłączenie źródła od obwodu i połączenie okładek kondensatora opornikiem R (pozycja przełącznika b).

~L

R

Rys. 10.1. Obwód RC; gdy przełącznik jest w pozycji a, następuje ładowanie kondensatora, a gdy jest w pozycji b - rozładowanie

Przebieg ładowania

W dowolnym momencie ładowania na okładkach znajduje się ładunek q, a w obwodzie płynie prąd I. Zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa spadki potencjału na kondensatorze i na oporniku są kompensowane przez SEM źródła: