CƠ SỞ LÝ THUYẾTMạch dao động tích phóng dùng đèn neon là một mạch dao động điện đơn giản Hình 1 gồm: đèn neon Ne là một bóng thuỷ tinh nhỏ, bên trong được hút chân không đến cỡ 10mmHg và
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÀI SOẠN THÍ NGHIỆM VẬT LÍ
Lớp: L25 Nhóm: 2B
Trang 2TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÍ
BÀI SỐ 6 :
“ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH
PHÓNG DÙNG ĐÈN NEON”
Nhóm: 2B Danh sách thành viên:
3.
4.
5.
6.
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2022
Trang 3MỤC LỤC
I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
II PHƯƠNG PHÁP ĐO 5
1 Dụng cụ đo 5
2 Trình tự thí nghiệm 5
2.1 Đo hiệu điện thế sáng US và hiệu điện thế tắt UT của đèn neon 5
2.2 Nghiệm công thức xác định chu kỳ của mạch dao động tích phóng 6 2.3 Xác định điện trở Rx 8
2.4 Xác định điện dung Cx 8
III BẢNG SỐ LIỆU 10
IV TÍNH TOÁN KẾT QUẢ 10
1 Tính giá trị 10
2 Tính sai số: 10
3 Viết kết quả phép đo: 11
Trang 4I CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mạch dao động tích phóng dùng đèn neon là một mạch dao động điện đơn giản (Hình 1) gồm: đèn neon Ne (là một bóng thuỷ tinh nhỏ, bên trong được hút chân không đến cỡ 10mmHg và có hai điện cực kim loại A và K đặt cách nhau 2 3mm), điện trở bảo vệ mạch điện R có giá trị cỡ mêgaôm (M) mắc nối tiếp với đèn neon Ne, tụ điện có điện dung C cỡ micrôfara (µF) mắc song song với đèn neon Ne, nguồn điện không đổi có hiệu điện thế Un
Đầu tiên, tụ điện C tích điện từ nguồn điện Un Hiệu điện thế U giữa hai cực của tụ điện C tăng dần từ 0 đến giá trị US Khi U = US: đèn neon Ne bừng sáng (trở thành vật dẫn điện có điện trở khá nhỏ, nhưng do có điện trở R mắc nối tiếp với nó, nên cường độ dòng điện trong mạch khá nhỏ, chỉ đạt khoảng chục micrôampe) Tụ điện
C phóng điện qua đèn neon Ne và hiệu điện thế U giữa hai cực của nó giảm rất nhanh từ US xuống giá trị UT Khi U = UT: đèn neon Ne vụt tắt và trở thành vật cách điện Tụ điện C không phóng điện nữa, mà tích điện từ nguồn điện Un và hiệu điện thế U giữa hai cực của nó lại tăng dần từ UT đến giá trị US
Khi U = US: đèn neon Ne lại bừng sáng Tiếp sau đó, toàn bộ quá trình tích điện và phóng điện của đèn neon Ne lại lặp lại tuần hoàn theo thời gian và gọi là dao động
Trang 5tích phóng Sự biến thiên của hiệu điện thế U giữa hai cực của tụ điện C trong mạch dao động tích phóng dùng đèn neon được biểu diễn trên hình 2
II PHƯƠNG PHÁP ĐO
1 Dụng cụ đo
Điện trở mẫu R0= 1,00 ± 0,01M;
Điện trở cần đo Rx;
Điện trở bảo vệ mạch điện R = 150k;
Tụ điện mẫu C0= 1,00 ± 0,01F;
Tụ điện cần đo Cx;
Máy đo thời gian đa năng hiện số, chính xác 0,01s;
Vôn kế chỉ thị kim, v = 1,5%, Um = 100V;
Cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại
2 Trình tự thí nghiệm
2.1 Đo hiệu điện thế sáng US và hiệu điện thế tắt UT của đèn neon
a) Chưa cắm phích lấy điện của bộ thiết bị thí nghiệm vật lý vào nguồn điện
~220V Quan sát mặt máy trên giản đồ hình 3
b) Mắc mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ hình 4, trong đó:
Trang 6- Điện trở bảo vệ R = 150k
mắc nối tiếp với đèn neon Ne
giữa hai chốt P, Q
- Vônkế V mắc song song với
đèn neon Ne giữa hai chốt L,
E (hai chốt S, E2 dùng quan
sát dao động tích phóng trên
dao động ký điện tử)
- Núm xoay của nguồn điện Un đặt ở vị trí 0 (hiệu điện thế của nguồn điện này có thể thay đổi từ 0 đến +100V nhờ một biến trở núm xoay mắc giữa hai chốt P, E1)
- Khoá K (côngtắc) đặt ở trạng thái ngắt điện
c) Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn từ từ núm xoay của
nguồn điện Un để tăng dần hiệu điện thế U giữa hai cực của đèn neon Ne cho tới khi đèn bừng sáng Đọc và ghi giá trị của hiệu điện thế sáng US
chỉ trên vônkế V vào bảng 1
Sau đó lại vặn từ từ núm xoay của nguồn Un để giảm dần hiệu điện thế U giữa hai cực của đèn neon Ne cho tới khi đèn vụt tắt Đọc và ghi giá trị của hiệu điện thế tắt UT chỉ trên vônkế V vào bảng 1
Thực hiện lại động tác này 5 lần Đọc và ghi các giá trị tương ứng của US
và UT trong mỗi lần đo vào bảng 1
d) Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm khoá K trên mặt máy để ngắt điện Tháo bỏ điện trở bảo vệ R ra khỏi mạch điện
2.2 Nghiệm công thức xác định chu kỳ của mạch dao động tích phóng a) Mắc lại mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ mạch điện hình 5, trong đó:
Trang 7- Vônkế V mắc giữa hai chốt P, E1.
- Tụ điện mẫu C0 mắc song song với đèn neon Ne giữa hai chốt L, E
- Điện trở mẫu R0 mắc nối tiếp với đèn neon Ne giữa hai chốt P, Q
b) Đặt đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại lên mặt máy sao cho đèn
neon Ne nằm giữa hai lỗ cửa sổ của đầu cảm biến Cắm đầu cảm biến vào ổ A của máy đo thời gian đa năng hiện số (Hình 6) Vặn núm chọn kiểu đo "MODE" sang
vị trí n = 50 Gạt núm chọn thang đo thời gian "TIME RANGE" sang vị trí 99,99s
c) Bấm khoá K trên mặt máyđể đóng điện vào máy: đèn LED phát sáng Vặn núm
xoay của nguồn điện Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch R0C0 thực hiện dao động
d) Cắm phích lấy điện của máy đo thời gian vào nguồn điện ~220V Bấm khóa
đóng điện K: các chữ số phát sáng hiện thị trên cửa sổ "CHU KỲ" và "THỜI GIAN" Bấm nút "RESET" để đưa các chữ số về trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t0 của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng
0 của mạch R0C0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne
Thực hiện 5 lần phép đo t0 Đọc và ghi giá trị tương ứng của t0 trong mỗi lần
đo vào bảng 1
e) Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm khoá K trên mặt máyđể ngắt điện
Trang 82.3 Xác định điện trở Rx
a) Thay điện trở cần đo Rx vào vị trí của điện trở mẫu R0 mắc giữa hai chốt
P, Q trong sơ đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng
Vặn núm xoay của nguồn Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch điện RxC0 thực hiện dao động tích phóng
b) Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về trạng thái
0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tR của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng R của mạch điện RxC0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne
Thực hiện 5 lần phép đo tR Đọc và ghi giá trị tương ứng của tR trong mỗi lần đo vào bảng 1
c) Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm khoá K trên mặt máy để ngắt điện
2.4 Xác định điện dung Cx
a) Thay tụ điện có điện dung Cx cần đo vào vị trí của tụ điện mẫu C0 mắc giữa hai chốt L, E trong sơ đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng
Vặn núm xoay của nguồn Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch điện R0Cx thực hiện dao động tích phóng
b) Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về 0.000 Sau đó,
máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tC của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng C của mạch điện R0Cx ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne Thực hiện 5 lần phép đo tC Đọc và ghi giá trị tương ứng của tC trong mỗi lần đo vào bảng 1
Trang 9c)Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 :
- Giá trị cực đại Um và cấp chính xác v của vônkế V
- Độ chính xác t của máy đo thời gian
- Giá trị điện trở mẫu R0
- Giá trị điện dung mẫu C0
d) Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm các khoá K trên mặt máy để ngắt điện: các đèn LED đều tắt Rút phích lấy điện của các máy ra khỏi nguồn ~220V Thu xếp gọn gàng các dụng cụ trên bàn thí nghiệm
Trang 10III BẢNG SỐ LIỆU
- Vônkế V : Um100 V; V 1,5%
- Điện trở mẫu : R0= 1,00±0,01 (MΏ)
- Điện dung mẫu : C0= 1,00±0,01 (F)
- Độ chính xác của máy đo thời: t=0,01(s )
Lần đo U S
(V)
U S(V) U T
(V)
U T
(V)
t 0
(s)
t 0
(s)
t R
(s)
t R
(s)
t C
(s)
t C
(s)
Trung
bình
IV.XỬ LÍ SỐ LIỆU
5 =43,78+43,82+43,75+43,86+43,685 =43,778 ∆ t01=|t0−t01|=
|43,778− 43,78| =0,002 (s)
∆ t02=|t0− t02|=|43,778− 43,82| =0,042 (s)
∆ t03=|t0− t03|=|43,778− 43,75| =0,028 (s)
∆ t04=|t0− t04|=|43,778− 43,86| =0,082 (s)
∆ t05=|t0− t05|=|43,778− 43,68| =0,098 (s)
Trang 11t R =t R1 +t R2 +t R3 +t R 4 +t R5
5 =62,60+62,63+62,45+62,71+62,625 = 62,602(S)
∆ t R 1=|t R −t R 1|=|62,602 −62,60| =0,002 (s)
∆ t R 2=|t R − t R2|=|62,602 −62,63| =0,028 (s)
∆ t R 3=|t R − t R3|=|62,602 −62,45| =0,152 (s)
∆ t R 4=|t R − t R4|=|62,602 −62,71| =0,108(S)
∆ t R 5=|t R − t R5|=|62,602 −62,62| =0,018 (s)
5 =27,80+27,86+27,73+27,84 +27,965 = 27,838(S)
∆ t C 1=|t C − t C1|=|27,838 −27,80| =0,038 (s)
∆ t C 2=|t C − t C 2|=|27,838 −27,86| =0,022 (s)
∆ t C 3=|t C − t C 3|=|27,838 −27,73| =0,108 (s)
∆ t C 4=|t C − t C 4|=|27,838 −27,84|=0,002(S)
∆ t C 5=|t C − t C 5|=|27,838 −27,96| =0,122 (s)
V.TÍNH TOÁN KẾT QUẢ
1 Tính giá trị
Trang 12 R x =R0. τ R
43,778=1,430 10
6(Ω)
C x =C0. τ C
43,778=0,636.10
− 6 (F)
2 Tính sai số:
Sai số phép đo U S ,U T ,U n:
∆ U S =(∆ U S)ℎ t +∆ U S =100.1,5 %+0=1,5(V )
∆ U T =(∆ U T)ℎ t +∆ U T =100.1,5 %+0=1,5(V )
∆ U n =(∆ U n)ℎ t +∆ U n =100.1,5 %+0=1,5(V )
i Sai số phép đo t0: ∆ t0=(∆ t0)ℎ t +∆ t0=0,01+0,050=0.060(s)
Sai số phép đo t R: ∆ t R =(∆ t R)ℎ t +∆ t R =0,01+0,062=0,072(s)
Sai số phép đo t C: ∆ t C=(∆ t C)ℎ t +∆ t C=0,01+0,058=0,068 (s)
*Thế vào công thức sai số để tính sai số tuyệt đối
U n −U S|.∆ U S]=ln(90−60
90−74).(10− 6 0,01 106 +10 6.0,01.10 −6)+(10 6.10 − 6).[ | 1
90− 60 − 90− 741 |.1,5+| −1
90− 60|.1,5+| 1
90− 74|.1,5]=0,200(s)
t0 = 0,011 + 0,07262,602+ 0,06043,778=0,013
¿>∆ R x =0,013.1,430 106=0,019 106(Ω)
0 +∆ t t C
C +∆ t t 0
0 = 0,011 + 0,06827,838+ 0,06043,778=0,014
¿>∆ C x =0,014 0,636.10 −6=0,009.10− 6 (F)
Trang 13Đotrựctiếp: τ0=t0
n= 43,77850 =0,8756 (s)
∆ τ0=(∆ τ0)ℎ t +τ0= 0,0150 +0,05050 =0,0012(s)
3 Viết kết quả phép đo:
U S =74± 1,5(V) và U T =U T ± ∆ U T =60± 1,5(V )
Đo gián tiếp: τ0=τ0± ∆ τ0=0,629 ± 0,200(s) (s)
Đo trực tiếp: τ0=τ0± ∆ τ0= ¿0,8756± 0,0012 (s)
