Elektrik sahası Elektrik Öğrenebilecekleriniz... Şarj etme Şarjını boşaltma Zaman sabiti Harici potansiyel işlevi Yarı ömür Kural: Kapasitör bir rezistans vasıtasıyla şarj edilir. Akım işlev zaman olarak ölçülür ve kapasitans etkisi, rezistans ve uygulanan voltaj belirlenir. İhtiyacınız olanlar: Bağlantı kutusu İki yönlü anahtar, tek kutup Kapasitör, 2332 µf Karbon rezistans 1 W, 100 Karbon rezistans 1 W, 1 M Bağlantı, priz beyaz 19 mm meyil Kapasitör (kutu 2) 1 µf Kapasitör (kutu 2) 4.7 µf Güç kaynağı 0-12 V DC/6 V, 12 V AC Kronometre, dijital, 1/100 san. Dijital çoklu ölçer Bağlantı kablosu, I = 759 mm, kırmızı Bağlantı kablosu, I = 750 mm, mavi Tam Donanım Seti, CD-ROM içinde Kullanma Kılavuzu, P2420201 Farklı kapasitans değerlerinde zamana bağlı akım seyri, voltaj ve rezistans sabit (U = V, R = 2.2 M ) Görevler: Zamanla değişen şarj akımını ölçmek için: 1. U sabit voltajlı ve R sabit rezistanslı farklı C kapasitans değerleri kullanmak; 2. farklı rezistans değerleri kullanmak (C ve U sabiti) 3. farklı voltajlar kullanmak (R ve C sabiti) Bir kapasitör şarj edilirken ölçülen değerlerden denklem formülünü saptamak.
İlgili konular Şarj etme, şarjını boşaltma, zaman sabiti, harici potansiyel işlevi, yarı ömür Kural Kapasitör bir rezistans vasıtasıyla şarj edilir. Akım işlev zaman olarak ölçülür ve kapasitans etkisi, rezistans ve uygulanan voltaj belirlenir. Donanım Bağlantı kutusu İki yönlü anahtar, tek kutup Kapasitör, 2332 µf Karbon rezistans 1 W, 100 Karbon rezistans 1 W, 1 M Bağlantı, priz beyaz 19 mm meyil Kapasitör (kutu 2) 1 µf Kapasitör (kutu 2) 4.7 µf Güç kaynağı 0-12 V DC/6 V, 12 V AC Kronometre, dijital, 1/100 san. Dijital çoklu ölçer Bağlantı kablosu, I = 759 mm, kırmızı Bağlantı kablosu, I = 750 mm, mavi Görevler: Zamanla değişen şarj akımını ölçmek için: 1. U sabit voltajlı ve R sabit rezistanslı farklı C kapasitans değerleri kullanmak; 2. farklı rezistans değerleri kullanmak (C ve U sabiti) 3. farklı voltajlar kullanmak (R ve C sabiti) Bir kapasitör şarj edilirken ölçülen değerlerden denklem formülünü saptamak. Kurulum ve prosedür Şekil 1 ve Şekil 2 de gösterildiği gibi deneyi kurun. Şekil 2: Kapasitör şarj etme devresi a) şarj etme b) şarjını boşaltma Şekil 1: Kapasitör şarj edilirken akımı ölçmek için düzenlenen deneysel kurulum.
Şekil 3: Farklı kapasitans değerlerinde zamana bağlı akım seyri, voltaj ve rezistans sabit (U = V, R = 2.2 M ) Şekil 5: C kapasitansının bir işlevi olarak exponenti. Seri bağlantılarla çeşitli R rezistans değerleri belirlenir. Dijital çoklu ölçerin dahili rezistansı ve ayar saati dikkate alınmayabilir. R1 şarj boşaltımı yapılırken akımı kısıtlayan koruyucu bir rezistanstır. Kuram ve değerlendirme Akımın zamana göre seyri I (t), C kapasitörü, U sabit voltajında bir R rezistansı vasıtasıyla şarj edilirse Kirchhoff kanunlarına göre belirlenir: Akımın kapasitansa bağımlılığı, rezistans ve voltaj, sistematik olarak değişen parametrelerden elde edilen ölçüm değerlerine göre hesaplanmalıdır. Şekil 4: Şekil 3 tekinin aynısı, ancak yarılogaritmiklik karşı karşıya getirilmiştir. Şekil 6: Farklı rezistans değerlerinde akımın zamana göre seyri; kapasitans ve voltaj sırasıyla 64 µf ve 9 V değerlerinde sabittir.
Şekil 7: R rezistansının bir işlevi olarak Exponent 2. Farklı eğimlere ve farklı başlangıç noktalarına hip düz çizgiler elde edilir. Exponenti R ye olan bağımlılığı Şekil 6 daki gibi düz çizgilerin log-log u vasıtasıyla belirlenir. -1.00 eğimine sahip bir düz çizgi elde edilir, böylece şu sonuca varılır: Şeki 8 deki düz çizgi -0.99 sahiptir. değerinde bir eğime 1. Öncelikle ölçüm değerlerini doğrudan (Şekil 3) ve daha sonra yarı-logaritmik olarak karşı karşıya getirin. Şekil 3 ve 4 e göre; işlev şu genel formu alır: Tüm eğriler aynı akım değerlerinde başladığı için C ye bağımlı değildir. Exponentin kapasitansa bağımlılığını araştırmak için, Şekil 4 teki düz çizgilerin eğimleri log-log temelli olarak kapasitans ile karşı karşıya getirilir. 3. Şekil 9 daki tüm düz çizgiler aynı eğime sahiptir. Böylelikle, exponent U voltajından bağımsızdır (Aynı açıklama boyutlara dayanarak da yapılabilir). Düz çizginin eğimi şöyledir: Şekil 9 da gösterilen ölçüm değerleri için başlangıç akımı değerleri bu durumdaki (Şekil 10) U voltaj değerleri ile doğrudan karşı karıya getirilir. Eğimli bir düz çizgi elde edilir. Yukarıdakilerin hepsi göz önüne alındığında, tüm ölçüm değerleri denklem (1) i vermektedir. Şekil 8: Rezistansın bir işlevi olarak Şekil 6 da gösterilen ölçüm değerlerinin başlangıç akımı Şekil 9: Değişik voltajlarda akımın zamana göre seyri (R = 4.4 mehohm, C = 4 µf
Şekil 10: Uygulamalı voltajın bir işlevi olarak başlangıç akımı (R=4.4 megohm, C= 4 µf) Şekil 11: Şarj etme ve şarj boşaltma eğrilerini kaydeden devre Not: Şarj boşaltım eğrilerinin de ölçülmesi gerekiyorsa, şekil 11 de gösterilen devre kullanılacaktır. Yürütülmesi gereken başka bir deney de bilinmeyen rezistansa ve şarj etme işlevine sahip şarj etme ve şarj boşaltma değerlerine göre bilinmeyen kapasitans değerlerinin belirlenmesi, ya da tersi olarak tüm bilinen kapasitans değerlerinde geniş rezistans değerlerinin saptaması olacaktır.