LabFisica - Ing. PN-UD is1

no!

si!

R = 273 ± 8( )ΩC = 1,50 ± 0.07( )µF

CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE IN UN

CIRCUITO RC E MISURA DI C

isidoro.sciarratta@alice.it

2° esperimento

Laboratorio di Fisica IIFacoltà di Ingegneria, PN e UD

LabFisica - Ing. PN-UD is

1. introduzione all’uso dell’oscilloscopio

2. misure di periodo, frequenza ed ampiezza con il cavo aperto

3. esperimento sulla carica e scarica di un condensatore

3 LabFisica - Ing. PN-UD is

Schema del circuito

+V

a

bR

C

4

LabFisica - Ing. PN-UD is

oscilloscopio analogicoOS-5020G

trovate le istruzioni sul mio sito

5 LabFisica - Ing. PN-UD is6

LabFisica - Ing. PN-UD is7 LabFisica - Ing. PN-UD is

Esercizi preliminariper familiarizzare con

il generatore di funzioni e con l’oscilloscopio

8

Es. 1 - Dopo avere ricavato tutte le caratteristiche della tensione in esame esprimi cosa indica il numero qui accanto.

Tensione sinusoidale

9

Es. 2 - Dopo avere ricavato tutte le caratteristiche della tensione in esame esprimi cosa indica il numero qui accanto.

Tensione triangolare

10

tensione quadrata

Es. 3 - Dopo avere ricavato tutte le caratteristiche della tensione in esame esprimi cosa indica il numero qui accanto. 11 LabFisica - Ing. PN-UD is

esercizio pratico con il cavo aperto

• Collegare un cavo della lunghezza di un metro sul canale A; • regolare:

• la base dei tempi sulla portata 5 ms/cm;• l’uscita del dispay sul canale A• l’accoppiamento su DC• il trigger: mode in auto, source su canale 1, regolare il

live!o finché la curva sul display appare ferma• centrare il segnale sullo schermo e regolare l’amplificatore

verticale fino a leggere il segnale al meglio.• Verificare, attraverso la lettura sul display, a quale frequenza

corrisponde il segnale osservato.Quale conclusione si può trarre?

12

LabFisica - Ing. PN-UD is

esercizio pratico 2

• Collegare l’uscita del generatore di frequenza con il canale A dell’oscilloscopio;

• selezionare sul generatore il segnale sinusoidale alla "equenza di 400 Hz e con ampiezza pari a 2V;

• centrare il segnale sullo schermo e regolare l’amplificatore verticale fino a leggere il segnale al meglio.

• Verificare, attraverso la lettura sul display, se corrispondono le caratteristiche del segnale osservato con quelle selezionate sul generatore di segnale.

per altri es. vedi cartella elettronica primo doc con Math

13 LabFisica - Ing. PN-UD is

esercizio pratico 3• Collegare l’uscita del generatore di frequenza con il canale

A dell’oscilloscopio;• sull’amplificatore verticale del canale A regolare su calibrato

e selezionare la portata di 2V/cm;• selezionare sul generatore il segnale a onda quadra alla "equenza di 300 Hz e di ampiezza pari a 6V;

• centrare il segnale sullo schermo e regolare l’amplificatore verticale fino a leggere il segnale al meglio.

• Verificare, attraverso la lettura sul display, se corrispondono le caratteristiche del segnale osservato con quelle selezionate sul generatore di segnale.

per altri es. vedi cartella elettronica primo doc con Math

14

LabFisica - Ing. PN-UD is

carica e scarica di un condensatore

15 LabFisica - Ing. PN-UD is

C

R

16

LabFisica - Ing. PN-UD is

Lo scopo dell’esperimento è duplice:

si vuole osservare, tramite l’uso dell’oscilloscopio, il comportamento di un circuito RC durante le fasi di carica e scarica del condensatore;

variando il valore della resistenza R, attraverso la misura della costante di tempo = RC del circuito, si vuole determinare il valore della capacità C.

17 LabFisica - Ing. PN-UD is

In questo modo si potrà studiare il comportamento del circuito osservando direttamente sul display dell’oscilloscopio l’andamento esponenziale delle d.d.p. ai capi di R e C. L’analisi di tali andamenti esponenziali permette la valutazione della costante di tempo del circuito facendo la lettura del tempo in cui la carica risulta il 63% del totale durante la fase di carica oppure il 37% in quella di scarica. Vedi esempio ...

18

LabFisica - Ing. PN-UD is

variazione della carica sul cond.

19

63%

LabFisica - Ing. PN-UD is

variazione della carica sul cond.

20

37%

LabFisica - Ing. PN-UD is

collegamenti

21

Generatore di tensione quadra

+- oscilloscopiodoppia traccia

+

-

+

-X Y

LabFisica - Ing. PN-UD is

carica elettrica, intensità di corrente e tensione

22

LabFisica - Ing. PN-UD is

alcuni esempi

23 LabFisica - Ing. PN-UD is

tensione ad onda quadra

24

LabFisica - Ing. PN-UD is

variazione della carica sul cond.

25 LabFisica - Ing. PN-UD is

corrente nel processo di carica e s.

26

LabFisica - Ing. PN-UD is

tensione - carica

27 LabFisica - Ing. PN-UD is

carica traslata rispetto alla tensione

28

LabFisica - Ing. PN-UD is

nelle varie ripetizioni della prova con resistenze diverse, modulare la frequenza del generatore in modo che si determini il grafico sempre

nelle stesse condizioni

29 LabFisica - Ing. PN-UD is

carica troppo addossata alla tensione

30

LabFisica - Ing. PN-UD is

al limite del processo di carica

31 LabFisica - Ing. PN-UD is

processo di carica non completato

32

LabFisica - Ing. PN-UD is

processo di carica non completato

33 LabFisica - Ing. PN-UD is

suggerimento per la raccolta dati

Per la raccolta dei dati conviene variare la resistenza di 1 KΩ alla volta, quindi regolare la frequenza del generatore in modo

da osservare convenientemente la curva di carica e scarica sempre nelle stesse condizioni e quindi con opportune

collimazioni della curva con il reticolo proprio del display dell’oscilloscopio procedere alla corrispondente lettura di

34

LabFisica - Ing. PN-UD is

Elaborazione datiRicavando quindi il valore di direttamente dal display dell’oscilloscopio, possiamo raccogliere almeno 10 misure diverse facendo variare di volta in volta la resistenza R inserita nel circuito, e indicando con (Rj, j) tali coppie di valori possiamo analizzarli tramite il metodo dei minimi quadrati analogamente a quanto fatto per la legge di Ohm nel primo esperimento.

35 LabFisica - Ing. PN-UD is

In effetti, dovendo essere j = RjC, i punti sperimentali (Rj ,j) raccolti dovrebbero allinearsi su una retta di coefficiente angolare corrispondente alla capacità C.

Segue un esempio numerico ...

Determinazione della capacità C

36

LabFisica - Ing. PN-UD is

n R τ ∆R ∆τ C

εa

Σvmεr %

(Ω) (∙10-6 s) (∙10-6 s) (∙10-6 F)± 20 ± 20 ± 0,005

1 1000 2102 2000 465 1000 255 0,2553 3000 650 1000 185 0,1854 4000 918 1000 268 0,2685 5000 1.140 1000 222 0,2226 6000 1.325 1000 185 0,1857 7000 1.570 1000 245 0,2458 8000 1.815 1000 245 0,2459 9000 2.010 1000 195 0,195

45.000 10.103 1,8005.000 1.123 0,225

0,4 1,8 2,2

C = (225 ± 5) nF37 LabFisica - Ing. PN-UD is

0

300

600

900

1.200

1.500

1.800

2.100

0 1500 3000 4500 6000 7500 9000

y = 0,225x - 2,1944

R² = 0,9991

τ vs R

τ (µ

s)

R (Ω)

38