Эксперимент
(15 баллов) Чёрный ящик содержит нелинейный элемент (активное сопротивление) и конденсатор, соединённые последовательно. Найдите ёмкость \(C\) конденсатора (5 баллов) и вольт-амперную характеристику нелинейного элемента (6 баллов). Учтите, что (а) электролитический конденсатор принимает заряд только одной полярности (она указана цветами выходных проводов чёрного ящика); (б) вольт-амперная характеристика не обязана быть симметричной относительно \(I=0\). Однако от вас требуется изучить область \(I>0\), соответствующую разрядке конденсатора. Сведите данные измерений в таблицу и постройте соответствующие графики (4 балла).
Экспериментальное оборудование: батарейки, провода, мультиметр, секундомер, миллиметровая бумага.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПлощадь под графиком тока разрядки от времени — прошедший заряд; ёмкость связывает его с изменением напряжения конденсатора, а ВАХ получается из пар «ток — напряжение» в моменты кратковременных остановок разрядки.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея: снимать показания тока разрядки как функции времени. Площадь под графиком — вытекший заряд \(Q\). Измерив напряжения \(U_0\) и \(U_1\) в начале и в конце разрядки, получаем \(Q/C=U_0-U_1\), то есть \(C=Q/(U_0-U_1)\). Для вольт-амперной характеристики время от времени прерываем разрядку, снимаем показание тока разрядки \(I\) непосредственно перед прерыванием, измеряем напряжение \(U\) и продолжаем разрядку. Собираем достаточно данных, чтобы построить вольт-амперную характеристику.
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Разминаясь, заряжаюсь Белорусская 2010/11, заключительный этап, 10 кл.
- Разряд конденсатора через резистор МОШ 2013/14, отборочный этап, 7-11 кл.
- Зарядка конденсатора через резистор «Газпром» 2022/23, заключительный этап, 10 кл.
- Скорость роста заряда конденсатора Физтех 2024/25, отборочный этап, 11 кл.
- Разряд конденсатора через перемычку Физтех 2024/25, отборочный этап, 11 кл.
- Ключ и конденсаторы МОШ 1960/1986, заключительный этап, 8-11 кл.