2.2. 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.

3. Закон о самоиндукции.

В физике существует явление – установление и спад магнитного поля катушки, при протекании тока катушки через резистор. Это явление называется самоиндукцией. Вывод дифференциального уравнения для самоиндукции приведено в книге С. Г. Калашникова «Электричество» (§ 95. Исчезновение и установление тока в катушке.).

3.1. Закон самоиндукции. Направление процесса: нарастание магнитного поля.

Проведём простые эксперименты с установлением (и со спадом) магнитного поля катушки при протекании тока катушки через резистор. Для опытов возьмём катушку без сердечника с индуктивностью 0,214 генри. Катушка намотана проводом диаметром 1,8 миллиметра.

Рис. 3.1. Нарастание тока в катушке, индуктивностью 0,214 генри, при токе источника 2,7 ампера, через общее сопротивление 5,5 ома, в зависимости от времени.

Внутреннее сопротивление провода катушки равно 5,4 ом.

Для нарастания и спада тока катушки используем резистор номиналом 0,1 ом. Ток катушки регистрируем на данном резисторе при помощи осциллографа RIGOL DS1102E. В качестве источника питания используем блок питания GSV 1200.

Проведём опыт с нарастанием тока в катушке. Получим экспоненциально-разностную кривую (см. рис. 3.1.).

Для того, чтобы сделать анализ экспоненциальности кривой, преобразуем экспериментальные данные по формуле:

(3.01)

И получим падающую экспоненциальную кривую (см. рис. 3.2.)

Рис. 3.2. График нарастания тока катушки 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:

(3.02)

Рис. 3.3. График нарастания тока катушки в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду и построен в полулогарифмическом масштабе.

На рисунке 3.3. построен график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе. Такой график имеет вид прямой с отрицательным значением коэффициента.