Laboratorium z

Fizyki

Temat: Wyznaczanie charakterystyki neonówki i badanie wyładowań elektrycznych w gazach o różnym ciśnieniu.

OPIS PRZEBIEGU ĆWICZENIA

A. Badanie charakterystyki lampy neonowej.

1. Zestawienie układu pomiarowego wg schematu.

2. Wyznaczenie napięcia zapłonu U_z i gaśnięcia U_g neonówki oraz ustalenie maksymalnej wartości rezystancji opornika.

3. Zanotowanie wartości rezystancji opornika R połączonego szeregowo z neonówką.

B. Badanie drgań relaksacyjnych.

1. Zmontowanie układu pomiarowego wg schematu.

2. Ustalenie stałej wartości napięcia U_o.

3. Pomiar czasu 20 błysków neonówki dla zadanej pojemności C kondensatora.

4. Powtórzenie pomiarów dla 6 różnych wartości C.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Badanie charakterystyki lampy neonowej

1. Obliczenie wartości średnich i odchyleń standardowych napięć U_z i U_g według wzorów:

Wyznaczone wartości napięć wynoszą dla R = 100Ω:

U_z = (98,95 ± 0,33) [V]

U_g = (84,03 ± 0,59) [V]

Badanie drgań relaksacyjnych.

1. Obliczenie wartości średnich i odchyleń standardowych czasu 20 błysków neonówki.

Wyznaczone wartości wynoszą:

Na laboratorium mieliśmy zmierzyć stoperem czas 20 błysków neonówki dla zadanej pojemności C kondensatora. Niestety nastąpiła pomyłka i zmierzyliśmy ilość błysków neonówki w czasie 20 sekund. Dlatego czas 20 błysków neonówki obliczyliśmy następująco:

Dla C=1,5 [
]

t = {20 [s] / 39 [ilość błysków uzyskanych w pomiarach w czasie 20 (s)]} * 20 [błysków neonówki] = 10,26 [s] (x2)

t = (20/38)*20 = 10,52 [s] (x2)

Dla C=2,3 [
]

t = (20/26)*20 = 15,38 [s] (x3)

t = (20/25)*20 = 16,00 [s]

Dla C=3,6 [
]

t = (20/16)*20 = 25,00 [s] (x3)

t = (20/17)*20 = 23,53 [s]

Dla C=3,9 [
]

t = (20/14)*20 = 28,57 [s]

t = (20/15)*20 = 26,67 [s] (x3)

Dla C=4,4 [
]

t = (20/14)*20 = 28,57 [s]

t = (20/13)*20 = 30,77 [s] (x3)

Dla C=5,1 [
]

t = (20/11)*20 = 36,36 [s] (x2)

t = (20/12)*20 = 33,33 [s] (x2)

C ×10^- 6 [F]	t [s]	t [s]
1,5	10,39	0,15
2,3	15,54	0,31
3,6	24,63	0,74
3,9	27,15	0,95
4,4	30,22	1,10
5,1	34,85	1,75

Obliczam okres drgań neonówki oraz niepewność wyznaczenia tej wartości wg wzoru:

C ×10^- 6 [F]	T [s]	T [s]
1,5	0,52	0,008
2,3	0,78	0,016
3,6	1,23	0,037
3,9	1,36	0,0,46
4,4	1,51	0,055
5,1	1,74	0,088

Wykres przedstawia zależność okresu T drgań relaksacyjnych neonówki od pojemności kondensatora. Na wykresie zaznaczono prostą aproksymującą.

Obliczam wartości parametrów prostej aproksymującej.

Prosta aproksymująca T = a C + b, gdzie:

a = (3,43 ± 0,22) ×10⁵ []

b = -(3,25 ± 0,21) ×10^{- 4} [s]

I. Obliczenie wartości stałej proporcjonalności K (pierwsza metoda). Wyznaczenie niepewności tej wielkości.

Porównując wzór

T = K×R×C

z równaniem prostej aproksymującej

T = a C + b

otrzymujemy

a = K×R

oraz

K = a / R [ = 1]

Niepewność stałej K wynosi:

Wynik obliczeń:

K₁ = (3,43 ± 0,22) [1]

II. Obliczenie wartości stałej K z wykorzystaniem wyznaczonych wartości U_z, U_g oraz U_o.

Obliczeń dokonujemy wykorzystując wzór:

U_o = (100 ± 0,5) [V]

U_z = (98,9 ± 0,3) [V]

U_g = (84,0 ± 0,6) [V]

Obliczenie niepewności stałej K.

Wartość stałej K obliczonej drugą metodą:

K₂ = (2,72 ± 0,17) [1]

Porównanie stałych K wyznaczonych różnymi metodami.

K₁ = (3,43 ± 0,22) [1]- stała wyznaczona pierwszą metodą

K₂ = (2,72 ± 0,17) [1]- stała wyznaczona drugą metodą

Błąd względny procentowy wynosi  = 26%.

WNIOSKI

W przeprowadzonym ćwiczeniu otrzymaliśmy wartość napięcia zapłonu 98,95 [V], a napięcie gaśnięcia 84,03 [V]. Oznacza to że neonówka zapala się przy napięciu 98,95 [V], a gasła przy napięciu 84,03 [V].

W wyniku obliczeń stałych proporcjonalności różnymi metodami uzyskaliśmy wartości, których porównanie dało błąd względny procentowy  = 26%. Błąd ten jest spowodowany niedokładnościami przy pomiarach U_z, U_g oraz U_o, a także błędami przy wyznaczaniu okresów drgań relaksacyjnych. Charakterystyka T = f(C) jest prostoliniowa, dla tej charakterystyki zostały obliczone wartości parametrów aproksymacji:

a = (3,43 ± 0,22) ×10⁵ []

b = -(3,25 ± 0,21) ×10^{- 4} [s]

Grupa T-41

Sekcja 8

Wojciech Zarzycki

Przemysław Gebler

---