Закон релаксации электрического заряда

В физике существует явление — заряда и разряда конденсатора через резистор. Это явление и вывод уравнения хорошо описан в книге С. Г. Калашникова «Электричество», § 74.

Закон релаксации электрического заряда. Направление процесса: заряд

Проведём простые эксперименты с зарядом и разрядом конденсатора. Для опытов применяем конденсатор ёмкостью 318 микрофарад. Заряжаем конденсатор от источника напряжения 93 вольта. Для заряда и разряда конденсатора используем резистор номиналом 270 килоом. Самописцем APPA-109N регистрируем напряжение на обкладках конденсатора с течением времени. Самописец производит измерения через 0,5 секунды.

Проведём опыт с зарядом конденсатора. Получим экспоненциально-разностную линию (см. рис. 2.1.).

Рис. 2.1 График заряда конденсатора ёмкостью 318 микрофарад от источника напряжения 93 вольта, через резистор 270 килоом, в зависимости от времени Для того, чтобы сделать анализ экспоненциальности кривой, преобразуем экспериментальные данные по формуле:

(2.01).

И получим падающую экспоненциальную кривую (см. рис. 2.2.).

Рис. 2.2 График заряда конденсатора в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду Для того, чтобы доказать экспоненциальность графика, следует построить график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе, преобразовав шкалу ординат согласно уравнению:

(2.02).

Закон релаксации электрического заряда. Направление процесса: разряд

Проведём опыт с разрядом заряженного конденсатора через тот же резистор. Графиком опыта является падающая экспонента, смещённая на +0,3 вольта выше оси ординат. (см. рис. 2.4.).

Рис. 2.4 График разряда конденсатора ёмкостью 318 микрофарад, через резистор 270 килоом, в зависимости от времени В данном случае 0,3 вольта — это опорное напряжение в оксидном конденсаторе.

Оксидный конденсатор сам по себе является источником напряжения, величиной в 0,3 вольта. Для того, чтобы доказать экспоненциальность графика, следует построить график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе, преобразовав шкалу ординат согласно уравнению:

(2.03).

На рисунке 2.5 построен график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе.

Рис. 2.5 График разряда конденсатора в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду и построен в полулогарифмическом масштабе.