Khao Sat Nap Tu

Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh phãng n¹p cña tô ®iÖn I.Môc ®Ých – yªu cÇu - Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh phãng, n¹p cña tô ®iÖn. VÏ ®îc ®å thÞ phãng, n¹p t¬ng øng. - Tõ ®å thÞ tÝnh ®îc h»ng sè thêi gian τ. II. C¬ së lÝ thuyÕt 1. Qóa tr×nh n¹p : M¾c nèi tiÕp ®iÖn trë R víi tô ®iÖn C, råi nèi víi nguån U nh h×nh vÏ 1. T¹i thêi ®iÓm t = 0, ®ãng kho¸ K. Tô ®îc n¹p ®iÖn qua ®iÖn trë R. Dßng ®iÖn ban ®Çu trong m¹ch lµ i0 =

U

0 (U là ®iÖn ¸p nguån) gi¶m dÇn, ®ång 0 R

thêi ®iÖn ¸p trªn tô t¨ng dÇn ®Õn gi¸ trÞ U0 ¸p dông ®Þnh luËt ¤m cho R ta cã: U0 – i.R –

q =0 C

(1) Dßng ®iÖn trong m¹ch: i=

dq dt

(2) Thay (2) vào (1) ta cã: R.

dq q + = U0 dt C

(3)

NghiÖm cña ph¬ng tr×nh vi ph©n (3) víi ®iÒu kiÖn ban ®Çu q = 0 khi t = 0 là: i=

t dq = (U0/R).exp() dt RC

(4)

Khi ®ã, hiÖu ®iÖn thÕ trªn tô lµ: UC =

q t = U0.[1-exp()] C RC

HiÖu ®iÖn thÕ trªn R lµ:

(5)

UR = i.R = U0.exp(-

t ) RC

(6)

2. Qu¸ tr×nh phãng: XÐt mét m¹ch ®iÖn gåm R m¾c song song víi tô C vào mét nguån U. Do tô m¾c song song víi ®iÖn trë nªn: UC = UR hay:

q = i.R C

(7)

Dßng ®iÖn trong m¹ch: i=-

dq dt

(8)

DÊu trõ lµ do ®iÖn tÝch trªn hai b¶n tô gi¶m dÇn theo thêi gian. Thay (8) vào (7) ta cã: R.

q dq + =0 dt C

(9)

NghiÖm cña ph¬ng tr×nh (9) víi ®iÒu kiÖn ban ®Çu q = q0 khi t = 0 là: i

=

dq dt

-

=

(U0/R)

.

exp(-

t RC

)

t RC

)

(10) Khi ®ã hiÖu ®iÖn thÕ trªn ®iÖn trë (còng nh trªn tô) lµ: UC

=

UR

=

i.R

=

(11) HiÖu ®iÖn thÕ trªn tô ®îc biÓu diÔn nh trªn h×nh 3 U U0

t

U0.exp(-

H×nh 3: HiÖu ®iÖn thÕ trªn tô C trong m¹ch phãng TÝch RC trong (10), (11) ®îc gäi lµ h»ng sè thêi gian, kÝ hiÖu là τ ( τ là thêi gian mµ hiÖu ®iÖn thÕ trªn C gi¶m ®i e = 2.7 lÇn so víi thêi ®iÓm võa ®ãng m¹ch). Nh vËy, trong m¹ch phãng, ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn theo thêi gian díi d¹ng hµm e mò. Khi t → ∞ th× UC → 0, tøc lµ sau mét kho¶ng thêi gian t¬ng ®èi dµi, ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m vÒ 0. §iÒu nµy còng cã nghÜa lµ toµn bé n¨ng lîng tÝch luü trªn tô ®ã chuyÓn thµnh n¨ng lîng to¶ ra trªn ®iÖn trë. III. Dông cô thÝ nghiÖm: 1.Sensor Cassy. 2. M¸y tÝnh cã cài ch¬ng tr×nh Cassy Lab. 3.B¶ng m¹ch. 4. Nguån mét chiÒu. 5.C¸c tô ®iÖn. 6.C¸c ®iÖn trë: 7. Mét kho¸ hai tr¹ngth¸i. 8. D©y nèi. IV.Tr×nh tù thÝ nghiÖm 1. M¹ch n¹p: a. L¾p m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ: 0V

GN C 47uF

A R

B K 5V

H×nh 4. S¬ ®å m¹ch thÝ nghiÖm vÒ sù n¹p ®iÖn cña tô ®iÖn b. Khëi ®éng ch¬ng tr×nh Cassy Lab: - Trong màn h×nh Desktop của Windows, chän Start\ Program\ CASSY Lab\ CASSY Lab. HoÆc cã thÓ nh¸y ®óp chuét vµo biÓu tîng cña Cassy Lab trªn mµn h×nh. - Trong cöa sæ CASSY Lab, chän Activate (khëi ®éng cho Sensor Cassy và Power Cassy). - NhÊn F5 ®Ó lùa chän c¸c thiÕt bÞ: cöa sæ Settings hiÖn ra, chän Genaral, trong phÇn Serial Interface Assignment, trong khung COM1, chän CASSY.

TiÕp tôc, trong CASSY, kÝch ho¹t

c¸c ®Çu ®o A1 và B1 b»ng c¸ch nh¸y ®óp chuét, khi

®ã hép héi tho¹i Sensor Input Settings hiÖn ta, lÇn lît ®Æt chÕ ®é sau cho c¶ hai ®Çu ®o A và B: Quantity: Voltage UA1( Voltage UB1). Meas. Range: -10V..10V. Qóa tr×nh trªn ph¶i thùc hiÖn hai lÇn ®Ó ®Æt chÕ ®é ®o ®iÖn ¸p gi÷a hai ®Çu ®iÖn trë vµ hai ®Çu tô ®iÖn.. - §Æt thêi gian cho c¸c phÐp ®o: Trong cöa sæ Settings, nh¸y chuét vào Display Measuring Parameters, cöa sæ Measuring Parameters hiÖn ra, ®Æt Meas. Time: 6s.

c. TiÕn hµnh ®o: - Ban ®Çu më kho¸ K. NhÊn nót F9 ®Ó b¾t ®Çu vÏ ®êng n¹p cña tô ®iÖn, ®ång thêi nhanh tay ®ãng kho¸ K. Trªn mµn h×nh cña Cassy Lab sÏ hiÖn ra ®êng phãng t¬ng øng cña tô ®iÖn. VÏ l¹i ®å thÞ ra giÊy. - H»ng sè thêi gian chÝnh lµ kho¶ng thêi gian tõ khi tÝn hiÖu b¾t ®Çu t¨ng ®Õn lóc t¨ng lªn e lÇn, ®îc x¸c ®Þnh theo mét trong hai c¸ch sau: Trong vïng ®å thÞ cña CASSY Lab, nhÊn chuét ph¶i, mét thùc ®¬n däc hiÖn ra chän Fit Function\ Exponential Function e^x. Di chuyÓn chuét tõ ®Çu ®Õn cuèi ®å thÞ hiÓn thÞ ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë. H»ng sè thêi gian chÝnh lµ gi¸ trÞ B hiÖn lªn ë gãc díi trªn mµn h×nh. - t¨ng ®iÖn ¸p nguån lªn 6V, 7V, 8V, 9V, 10V: lÆp l¹i thÝ nghiªm. Ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng 1.1. d. So s¸nh víi gi¸ trÞ lÝ thuyÕt: τ = RC và cho nhËn xÐt. 2. M¹ch phãng: a. L¾p m¹ch nh h×nh vÏ:

0V 47uF

C

100k

R

K 5V

GND

B

1 2

H×nh 5: S¬ ®å m¹ch thÝ nghiÖm vÒ sù phãng ®iÖn cña tô ®iÖn

b. Khëi ®éng ch¬ng tr×nh CASSY Lab và chän chÕ ®é ®o: - Khëi ®éng ch¬ng th×nh CASSY Lab nh ë phÇn m¹ch n¹p. - NhÊn F5 ®Ó lùa chän c¸c thiÕt bÞ: cöa sæ Settings hiÖn ra, chän Genaral, trong phÇn Serial Interface Assignment, trong khung COM1, chän CASSY. TiÕp tôc, trong CASSY cña cöa sæ nµy, kÝch ho¹t mét ®Çu ®o b»ng c¸ch nh¸y ®óp chuét vµo phÇn ®ã t¬ng øng trªn ®å thÞ. Khi ®ã hép héi tho¹i Sensor Input Settings hiÖn ra, ®Æt chÕ ®é sau: Quantity: Voltage UA1. Meas. Range: -10V..10V. - §Æt thêi gian cho c¸c phÐp ®o: Trong cöa sæ Settings, nh¸y chuột vào Display Measuring Parameters, cöa sæ Measuring Parameters hiÖn ra, ®Æt Meas. Time: 6s.

c. TiÕn hành ®o:

- Ban ®Çu ®Ó kho¸ K ë vÞ trÝ 1 ®Ó n¹p ®iÖn cho tô. NhÊn nóp F9 ®Ó b¾t ®Çu ®o vµ vÏ ®êng phãng cña tô ®iÖn, ®ång thêi nhanh chãng g¹t kho¸ K sang vÞ trÝ 2. Trªn màn h×nh của CASSY Lab hiÖn ra ®êng phãng t¬ng øng cña tô ®iÖn. VÏ l¹i ®å thÞ ra giÊy. - H»ng sè thêi gian chÝnh lµ kho¶ng thêi gian tõ khi tÝn hiÖu b¾t ®Çu gi¶m ®Õn khi gi¶m ®i e lÇn, ®îc x¸c ®Þnh t¬ng tù nh phÇn tríc theo mét trong hai c¸ch sau: Trong vïng ®å thị của CASSY Lab, nhÊn chuét ph¶i, mét thùc ®¬n däc hiÖn ra, chän Fit Function\ Exponential Function e^x. Di chuyÓn chuét tõ ®Çu ®Õn cuèi ®å thÞ. H»ng sè thêi gian chÝnh lµ gi¸ trÞ hiÖn lªn ë gãc díi trªn mµn h×nh. - T¨ng ®iÖn ¸p nguån lªn 6V, 7V, 8V, 9V, 10V: lÆp l¹i thÝ nghiÖm. Ghi kÕt qu¶ vµo b¶ng 1.2. d. So s¸nh víi gi¸ trÞ lÝ thuyÕt: τ = RC và cho nhËn xÐt. V. C©u hái 1. §iÖn ¸p trªn tô biÕn ®æi nh thÕ nµo trong qu¸ tr×nh n¹p vµ phãng ®iÖn ( viÕt c«ng thøc vµ vÏ ®å thÞ)? 2. H»ng sè thêi gian thay ®æi nh thÕ nµo nÕu ta t¨ng hoÆc gi¶m gi¸ trÞ ®iÖn trë vµ ®iÖn ¸p nguån?

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Kh¶o s¸t sù phãng, n¹p cña tô ®iÖn

Trêng………………………..

X¸c nhËn cña gi¸o viªn

Líp: …………….…………… Hä vµ tªn:……………………..

Môc ®Ých thÝ nghiÖm .......................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... .........................................

KÕt qu¶ thÝ nghiªm 1. VÏ ®êng n¹p vµ phãng cña tô ®iÖn: - §êng n¹p:

- §êng phãng:

UC(V)

UC(V)

t

t

2. X¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian 2.1 M¹ch n¹p: B¶ng 1.1 U(V)

τ(s)

∆τ(s)

τ(s)

∆τ(s)

5 6 7 8 TB

B¶ng 1.2 U(V) 5 6 7 8 TB

NhËn xÐt kÕt qu¶ ®o: