ניתוח ניסוי: טעינה ופריקה של קבל

מבוסס על הספר: "פיסיקה - לקט ניסויים" מאת דוד זינגר

ניסוי זה עוסק בחקר תהליכי הטעינה והפריקה של קבל. במהלך הניסוי יהיה עליך לנתח תוצאות מדידות של ערכי הזרם והמתח המתקבלים בזמן טעינה ופריקה של קבל.

רשימת ציוד ששימש לבניית המערכת ולאיסוף הנתונים:

• מקור מתח ישר של 24V

• קבל אלקטרוליטי שקיבולו 4700μF, 50V

• אמפרמטר בתחום 0-50mA

• וולטמטר בעל התנגדות גבוהה מאוד בתחום 0-50V

• שני נגדים: 10KΩ ו- 5KΩ

• תיילים

• שעון עצר

• לוח מטריצה להכנסת רכיבים ובניית מעגל

• מצלמת וידיאו

תיאור המעגל החשמלי ששימש לאיסוף הנתונים ומהלך הביצוע:

1. הורכב המעגל החשמלי שבתרשים כולל חיבור מכשירי המדידה. ערך הנגד שחובר הינו R=10KΩ. בשלב זה מקור המתח לא הופעל.

2. שני הדקי קבל הלוחות קוצרו באמצעות תייל מוליך (הקו המרוסק שבתרשים), על מנת לוודא שהקבל מרוקן ממטען חשמלי.

3. מכשירי המדידה כוונו (הוריית אמפרמטר ב-mA וולטמטר ב- Volt)

4. מכשירי המדידה ושעון העצר מוקמו באופן הבא:

5. לאחר קריאת הוריית וולטמטר = 0 (קבל לא טעון), המצלמה הופעלה, מקור המתח הופעל והוריית מכשירי המדידה ושעון העצר תועדו בסרטון הבא:

טעינת קבל של 4700 מיקרופאראד דרך נגד של 10 קילואוהם

6. לאחר טעינת הקבל, מקור המתח נותק והוחלף בקצר. בשלב זה הקבל נפרק והוריית מכשירי המדידה ושעון העצר תועדו בסרטון הבא:

פריקת קבל של 4700 מיקרופאראד דרך נגד של 10 קילואוהם

7. מקור המתח חובר שוב והקבל נטען. כעבור פרק זמן ארוך, מקור המתח נותק. 

    הנגד במעגל הוחלף בנגד R=5KΩ, מקור המתח הוחלף בקצר והוריית מכשירי המדידה ושעון העצר תועדו בסרטון הבא:

פריקת קבל של 4700 מיקרופאראד דרך נגד של 5 קילואוהם

איסוף נתונים

1. צפה בסרטון "טעינת קבל 4700 מיקרופרד דרך 10 קילואוהם" ומלא את הטבלה הבאה. 

    שים לב: באפשרותך לעצור את הסרטון על מנת לרשום את קריאת מכשירי המדידה.

2. צפה בסרטון "פריקת קבל דרך נגד של 10 קילואוהם" ומלא את הטבלה הבאה:

3. צפה בסרטון "פריקת קבל דרך נגד של 5 קילואוהם" ומלא את הטבלה הבאה:

ניתוח הניסוי

1. שרטט שני גרפים בתהליך הטעינה: גרף עוצמת הזרם I כפונקציה של הזמן t וגרף מתח הקבל V כפונקציה של הזמן t .

2. שרטט שני גרפים בתהליך הפריקה דרך נגד 10kΩ: גרף עוצמת הזרם I כפונקציה של הזמן t וגרף מתח הקבל V כפונקציה של הזמן t

3. הוסף לגרף הזרם מהסעיף הקודם את גרף עוצמת הזרם I כפונקציה של הזמן t, בתהליך הפריקה דרך נגד של 5KΩ

4. תאר (באופן מילולי) את השתנות הזרם כפונקציה של הזמן בתהליך הטעינה ובשני תהליכי הפריקה.