Практикум по физике (стр. 4 )

давление, кПа	5	10	20	50	100
температура 0С	-10	3	17	37	55

По этим данным построим на миллиметровке или бумаге в клеточку график зависимости давления насыщенного пара ацетона от температуры. По графику определим, каким должно быть давление пара в вашем опыте.

Сравним получившееся давление со справочными данными. Сделаем выводы.

3. Сравнение испарившегося объёма ацетона с расчётным.

Запишем объём бутылки и количество (объём) испарившегося жидкого ацетона.

Оценим (рассчитаем), какая масса и объём жидкого ацетона может испариться в бутылке.

Аккуратно запишем вывод формулы и расчёты. (Просто применим уравнение Менделеева - Клапейрона. Формула ацетона C3H6O, отсюда легко узнать его молярную массу. Давление насыщенного пара известно. Плотность ацетона 791 кг/м3.) Сравним с тем количеством ацетона, которое вы залили в бутылку до момента установления динамического равновесия, запишем вывод.

4. Не забудьте поставить на место высушенную бутылку.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ В ЭТОЙ РАБОТЕ:

- Установка не герметична. Неплотные соединения, плохо закрыта пробка. Если есть сомнения в герметичности установки, не поленитесь проверить, нет ли утечки. Можно заглушить отверстие, куда вставляют шприц (специальной пробочкой или пальцем), поместить пробку под воду и, сжав пластиковую бутылку, посмотреть, не выходят ли пузырьки.

Если при выполнении работы давление в бутылке, установившись начинает снижаться, есть утечка.

Подсказка - в конце опыта должно получиться давление около 120 кПа.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ:

Можно в бутылку, в которую понемногу капаем ацетон, положить таблетку (или несколько таблеток) активированного угля (уголь продаётся в аптеке). Как известно, это вещество, имеющее огромную площадь поверхности, будет поглощать пары ацетона, поэтому давление должно постепенно падать. (Кстати, это свойство активированного угла позволяет применять его в противогазах). Только добейтесь, чтобы жидкий ацетон не попадал на таблетку. Попробуйте получить красивый результат, в частности, дойти до состояния, когда уголь перестанет поглощать пары ацетона. Вероятно, потребуется некоторое время на поглощение паров ацетона. Постройте график зависимости давления от времени, показывающий поглощение паров ацетона. Запишите выводы.

ЗАМЕЧАНИЕ

Не надо брать спирт вместо ацетона. Он содержит воду и вместо давления паров спирта получается … не сумма парциальных давлений, а … давление, значительно меньшее давления паров чистого спирта из-за взаимодействия его с водой. Как обычно, водка не приводит к хорошим результатам.

, шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 - А

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ЗАЖИГАЛКЕ

Эта небольшая работа может быть выполнена вместе с работой

"Измерение давления насыщенных паров ацетона"

ОБОРУДОВАНИЕ

- Обычная прозрачная одноразовая зажигалка, с которой снят металлический колпачок вместе с колёсиком и кремнем (то есть сама зажигалка поджечь выходящий газ не может). Подключение датчика давления к зажигалке осуществляется с помощью отрезка пластиковой трубки от использованного стержня обычной авторучки. На один конец стержня надевается шланг датчика, другой конец полотно прижимается к выходящей из зажигалки металлической трубочке во время опыта. Выпуск газа осуществляется простым нажатием на рычаг зажигалки.

Зажигалка имеет регулировочный рычаг. Чтобы опыт выполнялся быстрее, надо повернуть рычаг в положение максимального расхода газа.

Желательно иметь две подготовленных зажигалки, чтобы сразу охладить одну из них и измерить давление при пониженной температуре.

- NOVA, датчик давления.

ВНИМАНИЕ!

Не должно быть рядом никакого открытого огня.

С зажигалки должно быть обязательно снято колёсико и кремень.

Делайте опыт в проветриваемом помещении или в вытяжном шкафу.

НЕ ДОПУСКАЙТЕ УТЕЧКИ ГАЗА.

Опыт делается в присутствии учителя.

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки измерения давления - до 20%, и их легко исправить, пользуясь формулой.

0. ПОДГОТОВКА:

- В конце работы потребуется охлажденная зажигалка, поэтому сразу до выполнения работы положите одну зажигалку в морозильник, там -180С.

(Вариант - в холодную воду, в которой тает снег - там 00С).

- Перед началом работы проверьте датчик давления. Иногда неплотно надет шланг, и есть утечка. Рекомендуется подсоединить к датчику сухой шприц на 2-10 мл. с резиновым поршнем, включить регистрацию данных, создать давление не менее 300-400 кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд.)

1. Измерьте давление в зажигалке при комнатной температуре (её надо измерить и записать). Для этого плотно подсоедините датчик давления, запустите измерения, нажатием на рычаг откройте клапан. ВНИМАНИЕ! Не должно быть утечки газа. Если есть утечка, немедленно прекратите опыт и добейтесь плотного соединения зажигалки с переходником, затем повторите опыт. Когда давление полностью установится (для этого может потребоваться десяток-другой секунд - отследим нужную длительность опыта по графику давления и по тому моменту, когда капельки жидкости в трубке перестанут двигаться) закончите опыт, потом отсоедините датчик.

Запишите полученное установившееся давление.

2. Выполните такой же опыт при пониженной температуре для зажигалки, которая полежала в морозильнике или другом холодном месте. Чтобы зажигалка не нагрелась во время проведения опыта, теплоизолируйте её (обмотайте салфетками и т. п.), выполняйте опыт быстро! Запишите полученное установившееся давление.

3. Ниже приведена часть таблицы из справочника "Физические величины"- "Давление паров органических веществ" для БУТАНА С4H10 (для тех, у кого нет справочника):

50 кПа - 254К

100 кПа - 270К, (стр. 269 справочника)

148 кПа - 10 0С, (стр. 281 справочника)

207 кПа - 20 0С

283 кПа - 30 0С

378 кПа - 40 0С

…………….

1529 кПа - 1000С

Сравните результаты измерений с имеющимися справочными данными.

Поскольку температуры ваших зажигалок, вероятно, не совпадают с теми температурами, для которых в справочнике приведены давления паров, постройте график зависимости давления паров от температуры по данным справочника, потом возьмите данные для ваших температур из этого графика.

Можно ли утверждать по результатам опыта, что в зажигалке находится чистый бутан?

4. ОТВЕТЬТЕ НА ВОПРОСЫ:

- Могло ли и как наличие воздуха в шланге датчика значительно повлиять на результаты опыта? Почему?

- Сколько времени вы охлаждали зажигалку и какую температуру, как вы считаете, имел охлаждённый газ?

- Почему газовая плитка плохо работает на морозе?

- В некоторых аэрозолях жидкий бутан используют для поддержания давления внутри баллона. Изменяется ли давление в баллоне по мере использования газа?

- Почему нельзя нагревать аэрозольный баллончик? Приведите соответствующие табличные данные.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ В ЭТОЙ РАБОТЕ:

- Забыли охладить зажигалку заранее - на это потребуется минут 20!

- Охладив зажигалку в морозильнике, не теплоизолировали её (например, обмотав салфетками), или же долго держали в тепле, вместо того, чтобы немедленно провести измерение.

- плохое подсоединение зажигалки к датчику давления. При этом НЕДОПУСТИМА утечка газа. Даже не пытайтесь проводить измерения, если ядовитый и горючий газ, шипя, вырывается наружу!

, шк.179 МИОО, март 2010

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ

НАСЫЩЕННГО ПАРА ВОДЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

ОБОРУДОВАНИЕ

- вода, электрический чайник, NOVA, датчик давления.

- Вариант А - герметичный металлический сосуд с небольшим количеством воды, подключаемый к датчику давления.

- Вариант В (лучше) - Два герметичных металлических сосуда, оборудованные трубками для подключения к датчику давления. Хорошо подойдёт баллончик с уже подсоединённой медной трубкой, который находится рядом с насосом выброшенного на свалку холодильника. Один сосуд - с небольшим количеством воды, другой - строго сухой. Сосуды одновременно подключают к двум датчикам давления и опускают в чайник с водой.

(Сосуды должны надёжно выдерживать давление 200 кПа, не быть стеклянными (опасно!), не деформироваться от нагревания в кипятке. Можно попробовать использовать алюминиевые сосуды от использованных баллончиков с распыляемыми лекарствами типа "Каметон". В выходной пластиковой трубке такого баллончика вдоль её оси просверливается отверстие, то есть ликвидируется клапан, а сам сосуд остается крепким и стойким к нагреванию выше 100°С. Однако возникает вопрос - как отмыть баллончик от остатков масла изнутри)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Знание газовых законов, знание темы "пар".

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

Получить зависимость давления насыщенного пара воды от температуры в диапазоне

от 0-150С до 100 0С. Сравнить давления в "сухом" и "мокром" сосудах.

Сравнить полученные значения давлений насыщенного пара со справочными данными.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ:

Установите компьютер в удобном безопасном месте, исключающем возможность попадания на него воды.

Осторожно обращайтесь с горячим чайником! Не оставляйте чайник с кипятком без присмотра, если кипяток уже не нужен – сразу вылейте его. Выливая кипяток в керамическую раковину, лейте медленно, при этом откройте кран с водой, иначе раковина может треснуть.

Чайник работает от сети 220В! Не трогайте провода, имейте сухие руки, не ставьте чайник в раковину и на мокрые поверхности, не лейте воду куда не надо.

ТЕОРИЯ

Прочитайте и поймите, затем прочитайте ещё раз и выполните:

Герметичный сосуд, содержащий воздух и немного воды, подключенный к датчику давления, поместим внутрь чайника с холодной (лучше- ледяной) водой, включим чайник, вода вместе с сосудом будет нагреваться. Будем измерять давление в сосуде и температуру воды в чайнике (она равна температуре в сосуде). Затем построим зависимость давления от температуры.

Но всё не так просто… Проблема в том, что изначально в сосуде есть воздух, давление которого будет изменяться с увеличением температуры и добавляться к давлению пара. Можно было бы избавиться от воздуха, заставив воду в сосуде кипеть некоторое время, (тогда воздух был бы вытеснен паром), но, к сожалению, датчики давления не умеют измерять низкие (ниже 30 кПа) давления. Поэтому (вариант А) придется сделать опыт с водой и воздухом вместе, затем рассчитать давление воздуха. (Это несложно, процесс для воздуха изохорный, начальное атмосферное давление измерено, начальная температура – тоже.) Возможно использование результатов работы "Изучение изохорного процесса" для нахождения давлений сухого воздуха при различных температурах.

Затем из общего давления в сосуде надо вычесть это расчетное давление воздуха.

ВАРИАНТ В - более "честный"- вместо расчета давления сухого воздуха будем в ходе опыта измерять его во втором сосуде с сухим воздухом. Сосуды могут быть и разного размера - ведь давление не зависит от этого, но важно, чтобы было тепловое равновесие между ними. Затем из графика суммарного давления вычтем график давления сухого воздуха. (Вариант В не опробован экспериментально. Вариант А в наших опытах давал заниженные значения давлений пара, особенно при приближении температуры к 100оС, что, возможно, вызвано конденсацией пара в шланге датчика давления.)

ОПЫТ:

Если надо, подключим компьютер к блоку питания.

Подключим к компьютеру датчики давления и температуры, установим частоту 10 измерений в секунду, продолжительность опыта не менее 10 минут.

Перед началом работы проверьте датчики давления. Иногда неплотно надет шланг, и есть утечка. Рекомендуется подсоединить к датчику сухой шприц на 2-10 мл. с резиновым поршнем, включить регистрацию данных, создать давление 2кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд.)

В сосуд (он герметично закрыт, единственное отверстие- трубочка для подсоединения датчика давления) шприцем с иглой нальём 3 - 5 мл воды, поместим сосуд в чайник. Вода в чайнике должна быть холодной (а лучше-ледяной) - это даст возможность пренебречь давлением водяного пара в начале опыта, Если на улице зима, не поленитесь сходит за снегом для охлаждения воды. Плотно подсоединим шланг датчика давления. Позаботимся, чтобы шланг не соскакивал и не перегибался, чтобы датчик не висел на шланге, чтобы пар при кипении воды не попадал на датчик. Можно пользоваться штативом.

Вариант В - в тот же чайник опустим и сосуд с "сухим" воздухом, подключим к нему другой датчик давления.

Следите, чтобы в "сухой" сосуд не попала вода!

Обеспечим, чтобы сосуды и датчик температуры не касались нагревательного элемента внутри чайника.

Запустим регистрацию данных.

Включим чайник (чтобы он нагревался медленнее, желательно включить его через регулятор напряжения или диод, понижающий мощность вдвое).

Доведем воду в чайнике до кипения и секунд 30 аккуратно покипятим воду, заботясь о том, чтобы она не выплёскивалась. (Если вода слишком сильно кипит, можно периодически кратковременно выключать чайник.)

Остановим измерения, аккуратно выльем кипяток.

Сохраним полученный файл.

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки измерения давления будут значительными, НЕОБХОДИМО скорректировать данные, хотя бы даже и пересчитав их по формуле "вручную".

Давление насыщенных паров воды – фрагмент таблицы из справочника "Физические величины", стр. 254.

t, 0C	0	6	10	20	30	40	50	60
Р, кПа	0,61	0,94	1,22	2,33	4,24	7,37	12,3	19,9
t, 0C	70	80	86	90	94	96	98	100
Р, кПа	31,1	47,3	60,1	70,1	81,5	87,7	94,3	101,3

Вариант А: По данным опыта заполним таблицу со столбцами:

Температура, Общее давление, Расчетное давление воздуха (его найдём по уравнению P/T=P0/T0), Искомое давление пара, Табличное значение давления пара. Данные надо снимать через 5-10 градусов (а на некоторых участках чаще). Для снятия данных используйте курсор.

Выбрав правильный масштаб, по этой таблице построим на миллиметровке "экспериментальный" график зависимости давления насыщенного пара воды от температуры и на этом же листе - "теоретический" график по табличным данным.

(Попытки заставить "NOVА" построить график за вас, вероятно, приведут к огромным потерям вашего времени).

Вариант В:

Получим графики зависимости давления в сосуде "с водой" и давление в сосуде "без воды" от температуры. (Выберем в качестве аргумента температуру.)

Вычтем из давления в сосуде "с водой" давление в сосуде "без воды". Получим зависимость давления насыщенного водяного пара от времени. Обеспечим хороший масштаб, подпишем график и выведем его на печать.

На этом же листе построим (нарисуем) график по табличным значениям давления.

Запишем выводы по работе. Проанализируем, возможно, результаты не полностью соответствуют теории, постараемся объяснить, почему.

шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО И АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССОВ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ –

знание газовых законов, изопроцессов, адиабатного процесса.

ОБОРУДОВАНИЕ:

NOVA, датчик давления, термометр или датчик температуры, принтер, шприц приблизительно на 2-3, 5- 10, 20-25 мл с поршнями, имеющим резиновые уплотнения (не изношенные).

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

- Оценить быстроту выравнивания температуры после быстрого сжатия газа в шприце с температурой окружающей среды.

- Проверить выполнение закона Бойля-Мариотта.

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки измерения значительны, обязательно надо пересчитать давления!

ОПЫТ 1.

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ после быстрого сжатия газа с температурой окружающей среды.

1. При выполнении этой работы необходимо сначала проверить датчики давления. Для этого можно подсоединить шприц объёмом 2-3 мл с резиновым поршнем, сильно, до упора, сжать воздух, подержать 10-20 секунд в таком состоянии, затем посмотреть, вернется ли поршень в первоначальное положение (можно чуть "помогать" ему). Если поршень получил новое "устойчивое" положение - была утечка. (Давление при этом должно превышать 400 кПа.) Второй вариант - можно подсоединить к датчику шприц на 5-10 мл. с резиновым поршнем, включить регистрацию данных, создать давление 3кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 15-20 секунд. Поршень шприца, конечно, надо удерживать неподвижно. Если есть утечка - работа не получится.

2. Подключите шприц на мл к датчику давления.

Все соединения шлангов должны быть плотными, чтобы не допустить утечки сжатого газа.

3. Установите частоту замеров в секунду, длительность секунд (на такой частоте график будет выведен на экран только после выполнения опыта!)

Запустите измерение, через 1 секунду очень резко нажмите на поршень шприца. Удерживайте поршень нажатым строго неподвижно около 4 секунд.

Добейтесь, чтобы на графике был явно виден небольшой "пик" давления.

4. Выберите "интересный" фрагмент графика, где видно, что давление после сжатия достигает пикового значения, а затем быстро снижается до некоторого постоянного уровня, что связано с установлением теплового равновесия с окружающей средой.

Выделите из графика "интересную" часть, сделайте хороший масштаб, подпишите и напечатайте график.

5 Оцените время установления теплового равновесия с окружающей средой. Укажите это время на вашем графике.

6 По полученным данным оцените максимальную температуру, до которой нагрелся воздух в шприце в ходе опыта. Измерить ее не получится, а вот рассчитать с помощью газовых законов легко. Нужные данные возьмите с графика. Подсказка - после того, как газ был сжат (почти адиабатически), с ним произошел изохорный процесс, конечная температура известна (комнатная).

7 Запишите выводы по этой части исследования, объясните, почему газ нагревается при сжатии.

ОПЫТ 2

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Частота 10 измерений в секунду, количество измерений - непрерывно.

Будем ступенчато уменьшать объем шприца на 25 мл с целью получить значения давления для объёмов, например, 25, 20, 15, 10, 5 мл., а лучше - чаще (например, 25, 22, 19, 16, 13 мл. и т. д.) и обратно для тех же значений объёма.

Соединения должны быть плотными, чтобы не допустить утечки сжатого воздуха. Поршень держите ровно, без перекоса.

При каждом значении объёма надо задержать поршень в неподвижном состоянии на несколько секунд, чтобы установилось тепловое равновесие с окружающей средой. Пользуйтесь ранее полученными данными о времени выравнивания температуры.

Чтобы посмотреть, была ли хотя бы небольшая утечка, проведем опыт при сжатии газа, затем, не прекращая измерений, при расширении (для тех же значений объёма). Если график для расширения имеет меньшие значения давления, чем график для сжатия - значит, была утечка воздуха. ("Обратно" - можно (но нежелательно) "схалтурить", получить только давление при значении объёма 25 мл.)

После построения графика на экране считаем с него нужные данные (для этого вызовем курсор, перетащим его в нужную точку его стилусом, под графиком появится значение давления для данной точки). Составим в тетради таблицу зависимости давления (установившегося) от объёма, затем на бумаге (миллиметровке) аккуратно построим изотерму P(V), подпишем график, позаботимся о правильном масштабе.

НЕ ЗАБУДЬТЕ О НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕСЧЁТА ДАВЛЕНИЙ, ЕСЛИ ВАШИ ДАТЧИКИ ТРЕБУБТ КАЛИБРОВКИ!

Возьмём начальный объём, при котором давление было атмосферным (оно известно - измерено как давление несжатого газа) и, используя закон Бойля-Мариотта, рассчитаем "теоретические" давления для всех значений объёма, для которых мы проводили измерения. Построим другим цветом получившийся "теоретический" график на этом же листе.

Запишем выводы по работе.

Возможно, графики не полностью совпали, постарайтесь объяснить, почему.

Типичные ошибки в этой работе:

- Установка не герметична. Неплотные соединения. При больших давлениях некоторые датчики травят. Датчик не усовершенствован – тогда он травит наверняка. Делайте указанные проверки.

- Имеется незаметная трещина в пластмассовом переходничке датчика давления.

- Использование старого шприца или шприца с пластиковым поршнем. Будет утечка.

- Перекашивание поршня во время опыта может привести к утечке.

- Попытки применять что-то без понимания того, что человек делает… незнание газовых законов…

- Попытки заставить компьютер построить график изотермы вместо честного построения его "вручную".

- При построении изотермы забыли учесть первую точку для атмосферного давления (когда газ ещё не начали сжимать)

- не сделали опыт (№2) для сжатия, затем расширения газа

- Сильный юноша заставил слабую девушку сжимать газ в шприце. Это тяжело!

, шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА

ОБОРУДОВАНИЕ

NOVA, батарейка 4,5 В, датчики напряжения и тока (250мА), два конденсатора электролитических (ёмкость порядка 470 мкФ), резистор (около 1,5 кОм), провода, ключ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

знание темы "Конденсаторы", "Электрический ток".

ЦЕЛИ РАБОТЫ

- построить график зависимости напряжения на конденсаторе от времени.

- понять, за какое время заряжается конденсатор от батарейки,

- сравнить время зарядки и разрядки конденсатора через тот же самый резистор,

- исследовать зависимость времени зарядки от ёмкости конденсатора - проверить, является ли график U(t) экспонентой U=U0e-t/(RC) и действительно ли показатель экспоненты - t/(RC),

- сравнить график ∫idt и график заряда, накопленного конденсатором q = U/C

ТЕОРИЯ

Выводится формула для напряжения на разряжающемся через сопротивление R конденсаторе U=U0e-t/(RC) (Из условия равенства напряжений на R и С получается дифференциальное уравнение для заряда, и оно просто решается, но для этого надо уметь брать интегралы. Вывод формулы можно попросить у учителя - он написан на отдельном листочке. Весьма полезно разобраться с этим выводом, а ещё лучше - вывести формулу самостоятельно. J)

Здесь U0- начальное напряжение на конденсаторе, t - время, прошедшее с момента начала разрядки.

Ход работы:

1. Познакомимся с теорией

2. Посмотрим, не разряжается ли конденсатор через датчик напряжения или сам по себе. Для этого зарядим его. НЕ ЗАБУДЬТЕ ПРАВИЛЬНО ПОДКЛЮЧИТЬ + и – КОНДЕНСАТОРА К БАТАРЕЙКЕ! Затем подсоединим конденсатор к датчику напряжения, например, на 100 секунд. Частота замеров может быть невысокой, (10 в секунду) главное - чтобы график выводился на экран во время опыта).

Запишем результаты. Разряжается ли конденсатор на заметную величину? Если да - при проведении дальнейших опытов время зарядки и разрядки должно быть существенно меньше времени, за которое конденсатор разряжается через датчик.

3. Соберём установку (см. схему ниже), в качестве амперметра и вольтметра подключим датчики тока и напряжения.

ВНИМАНИЕ : НЕ ЗАБУДЬТЕ ПРАВИЛЬНО ПОДКЛЮЧИТЬ + и – КОНДЕНСАТОРА!

Электролитический конденсатор может иметь большой ток утечки или выйти из строя при неправильной полярности подключения!

ВНИМАНИЕ: Типичная ошибка - неверно собрана схема.

4. Сделаем пробный опыт. Частота- 25 измерений в секунду, количество - непрерывно. Цель - получить график U(T), на котором хорошо виден процесс зарядки. Оценим время зарядки. (При рекомендуемых параметрах время зарядки составляет 2-5 секунд)

5. Теперь сделаем опыт "начисто". Установим частоту, например, 100 измерений в секунду, (при такой частоте график появится на экране только после завершения опыта). Будем заряжать конденсатор, например, 10 секунд, затем разряжать такое же время. (Время подбираем так, чтобы конденсатор успел полностью зарядиться и разрядиться, руководствуясь данными пробного опыта.)

4. По графику определим время зарядки и разрядки, считая конденсатор заряженным, когда напряжение достигнет 98% от установившегося значения. (Не "на глаз"! Используем курсор.)