Arduino в шкільному фізичному експерименті - Визначення ємності конденсатора

Визначення ємності конденсатора

У роботі визначення ємності конденсатора ґрунтується на вимірюванні заряду, відданого конденсатором під час розряджання через резистор. Щоб визначити заряд, треба знайти залежність сили струму в процесі розряджання від часу. У роботі досліджується ця залежність, і за знайденими даними можна побудувати графік І = f(t). Площа, обмежена графіком і осями координат, чисельно дорівюнює заряду, відданому конденсатором. Таким чином ємність може бути обчислена:

C=q/U

де q-заряд конденсатора,а U-початкова напруга на конденсаторі.

Розглянемо послідовність виконання роботи

1. Збираємо установку за схемою, яку зображено на рисунку 1.

2. В Arduino завантажуємо скетч.

3. На ПК запускаємо програму Excel з макросом PLX DAQ . (Макрос відредагований під конкретну лабораторну роботу. Коректно працює в MS Office XP, 2003. Детально можна прочитати тут ).

4. У вікні макроса налаштовуємо номер та швидкість порту. Натискаємо кнопку "Connect". Спрацьовує реле К1 - конденсатор С1 заряжається протягом 3 с.

5. Далі контакт реле розмикається і починається розряд конденсатора через резистор R5. Кожну секунду контроллер вимірює напругу на резисторі. Вимірювання припиняють коли напруга стане меншою 0,1 В.

6. Для визначення сили струму, заряду доповнимо таблицю формулами. Використавши майстер діаграм можна побудувати графік розряду конденсатора (Рис. 2.)

6. Знаючи початкову напругу і заряд, визначаємо ємність конденсатора. Порівнюємо цю ємність з ємністю, вказаною на конденсаторі.

Рис. 1.

Рис. 2.

Варіант скетча для роботи зі стандартним монітором порту:

int i ;// лічильник float U; // напруга розряду int led = 8; // індикатор int rel = 7; // керування реле int flag =0; // флаг int val;//змінна для читання стартового символа'H'
void setup(){ Serial.begin(9600); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(rel, OUTPUT); }
void loop(){ if(flag==0) { if (Serial.available()) //якщо є принятий символ { val = Serial.read(); // читаємо його і присвоюємо його значення змінній val if (val == 'H'|| val == 'h' ) // якщо цей символ Н або h { Serial.println("Condenser charge"); flag=1; digitalWrite(rel, LOW); digitalWrite(led, HIGH); delay(3000); // заряд конденсатора 3 с digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(rel, HIGH); Serial.println("Measurement"); i =0; } } } if(flag==1) { int sensorValue = analogRead(A0); // змінній присвоюється значення АЦП U = (sensorValue * 5.0)/1023.0; // перетворення в напругу Serial.print(i); Serial.print("\t"); Serial.println(U); i=i+1; delay(1000); if (U <= 0.1) { Serial.println("STOP"); flag=0; } } }

Гребенщиков Сергій Валентинович вчитель фізики Давидівобрідської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів serggreb1960@gmail.com