НОФ 2016, III кръг (национален), 10–12 клас — Задача 1. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЗАДАЧА 1

НОФ, Ловеч, 04.2016 г · 20 т.

Условие

Теоретична част
Най-простата RC верига се състои от последователно свързани резистор със съпротивление R и кондензатор с капацитет C. Ако заредим кондензатора и затворим веригата, натрупания в него заряд ще се разреди през съпротивлението, като зависимостта на напрежението на кондензатора от времето е:

(1),

където $\tau=RC$ и се нарича времеконстанта на веригата, а $U_0$ е началното напрежение на кондензатора.

Уреди и материали

• предпазни очила.................................................................................. 1 бр.
• електролитни кондензатори.................................................................... 3 бр.
• мултицет (с автоматичен избор на обхватите)................................................ 1 бр.
• мултицет (с ръчен избор на обхватите)...............................................................1 бр.
• батерия 9V …………....................................................................................... 1 бр.
• свързващи проводници ........................................................................... 2 бр.
• хронометър .................................................................................................. 1 бр.
• милиметрова хартия. ................................................................................. 1 л.

Указания

• Електролитния кондензатор е със зададена поляризация. По-късия крак е отрицателния електрод, и на корпуса до него е означен с „-“. Не го свързвайте към батерията на обратно, т.к. може да експлодира. За зареждане на кондензатор положителния му електрод се свързва към „+“ на батерията, отрицателния към „-“ на батерията.
• По време на измерванията носете предпазните очила.
• Мултицетът(с ръчен избор на обхватите) има време на реакция при измерване, около 2 sec.
• Мултицетът с автоматичен избор на обхватите:

  • да се използва само при определяне на капацитетите
  • има режим за измерване на капацитет(означен със символа -||- ), при който обхват има време на реакция при измерване, около 15 sec.
  • при измерване на величина извън обхвата показва съобщение: OL, което значи Out of Limit(Извън Граница).
• Измерване на капацитет да се прави при разреден кондензатор. Кондензаторът се разрежда като му се дадат накъсо (свържат се с проводник) за кратко време двата му електрода.

Цел: Да се определи вътрешното съпротивление на волтметъра (с ръчен избор на обхватите) и началното напрежение на кондензатор, след като е зареден от източник на ЕДН.

Задачи:

1 Да се изследва процеса на разреждане на кондензатор в RC верига. [9,5 т.]

1.1 Определете капацитетите на кондензаторите и съответните им грешки. Представете капацитетите съобразно грешките им. Ако е нужно опишете начина на получаване на капацитетите. [2,5 т.]

1.2 Начертайте схема, по която ще направите измерванията за определяне на търсените величини в поставената цел. Допълнете схемата с подходящи обяснения за начина на провеждане на измерванията. [2 т.]

1.3 Изберете обхват на уреда, при който ще работите и обосновете избора си. [1 т.]

1.4 Изберете кондензатор за най-точно провеждане на измерванията. Обосновете избора си. [1,5 т.]

1.5 Направете необходимите измервания и представете измерените данни таблично(използвайте предоставения лист за таблицата). Оценете грешката на пряко измерените величини. [2,5 т.]

2 Обработка на експерименталните данни. [8 т.]

2.1 Представете зависимостта (1) с подходящи променливи, така че да получите линейна зависимост, от която да може да се определят търсените величини в поставената цел. [2 т.]

2.2 Използвайки експерименталните данни, представете линейната зависимост от задача 2.1. таблично(използвайте предоставения лист за таблицата) и графично. [3 т.]

2.3 Определете коефициентите на линейната зависимост. [1 т.]

2.4 Определете грешките на коефициентите на линейната зависимост. [1,5 т.]

2.5 Представете коефициентите на линейната зависимост по подходящ начин, съобразно грешките им. [0,5 т.]

3 Определяне на търсените величини. [2,5 т.]

3.1 Определете вътрешното съпротивление на волтметъра и началното напрежение на кондензатора от експерименталните данни. [1 т.]

3.2 Пресметнете абсолютната и относителна грешка на вътрешното съпротивление. [1 т.]

3.3 Представете вътрешното съпротивление на волтметъра по подходящ начин, съобразно грешката. [0,5 т.]

Решение

Оригинал в Архива: 10-12-E1.pdf