BÀI SOẠN THÍ NGHIỆM vật lí đo điện TRỞ và điện DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHÓNG DÙNG đèn NEON

1|Page ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BÀI SOẠN THÍ NGHIỆM VẬT LÍ GVHD: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: L25 Nhóm: 2B 2|Page TP 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 : “ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHĨNG DÙNG ĐÈN NEON” Nhóm: 2B Danh sách thành viên: Họ tên MSSV Đặng Quang Huy 2113460 Trần Hồng Lam 2110309 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2022 3|Page MỤC LỤC I CƠ SỞ LÝ THUYẾT II PHƯƠNG PHÁP ĐO Dụng cụ đo Trình tự thí nghiệm 2.1 Đo hiệu điện sáng US hiệu điện tắt UT đèn neon .5 2.2 Nghiệm công thức xác định chu kỳ  mạch dao động tích phóng 2.3 Xác định điện trở Rx 2.4 Xác định điện dung Cx III BẢNG SỐ LIỆU 10 IV TÍNH TỐN KẾT QUẢ 10 Tính giá trị 10 Tính sai số: 10 Viết kết phép đo: 11 4|Page I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạch dao động tích phóng dùng đèn neon mạch dao động điện đơn giản (Hình 1) gồm: đèn neon Ne (là bóng thuỷ tinh nhỏ, bên hút chân không đến cỡ 10mmHg có hai điện cực kim loại A K đặt cách  3mm), điện trở bảo vệ mạch điện R có giá trị cỡ mêgm (M) mắc nối tiếp với đèn neon Ne, tụ điện có điện dung C cỡ micrơfara (µF) mắc song song với đèn neon Ne, nguồn điện khơng đổi có hiệu điện Un Đầu tiên, tụ điện C tích điện từ nguồn điện U n Hiệu điện U hai cực tụ điện C tăng dần từ đến giá trị U S Khi U = US: đèn neon Ne bừng sáng (trở thành vật dẫn điện có điện trở nhỏ, có điện trở R mắc nối tiếp với nó, nên cường độ dịng điện mạch nhỏ, đạt khoảng chục micrôampe) Tụ điện C phóng điện qua đèn neon Ne hiệu điện U hai cực giảm nhanh từ US xuống giá trị UT Khi U = UT: đèn neon Ne tắt trở thành vật cách điện Tụ điện C khơng phóng điện nữa, mà tích điện từ nguồn điện Un hiệu điện U hai cực lại tăng dần từ UT đến giá trị US Khi U = US: đèn neon Ne lại bừng sáng Tiếp sau đó, tồn q trình tích điện phóng điện đèn neon Ne lại lặp lại tuần hoàn theo thời gian gọi dao động 5|Page tích phóng Sự biến thiên hiệu điện U hai cực tụ điện C mạch dao động tích phóng dùng đèn neon biểu diễn hình II PHƯƠNG PHÁP ĐO 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 ± 0,01F; Tụ điện cần đo Cx; Máy đo thời gian đa số, xác 0,01s; Vơn kế thị kim, v = 1,5%, Um = 100V; Cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại Trình tự thí nghiệm 2.1 Đo hiệu điện sáng US hiệu điện tắt UT đèn neon a) Chưa cắm phích lấy điện thiết bị thí nghiệm vật lý vào nguồn điện ~220V Quan sát mặt máy giản đồ hình b) Mắc mạch điện mặt máy theo sơ đồ hình 4, đó: 6|Page - Điện trở bảo vệ R = 150k mắc nối tiếp với đèn neon Ne hai chốt P, Q - Vônkế V mắc song song với đèn neon Ne hai chốt L, E (hai chốt S, E2 dùng quan sát dao động tích phóng dao động ký điện tử) - Núm xoay nguồn điện U n đặt vị trí (hiệu điện nguồn điện thay đổi từ đến +100V nhờ biến trở núm xoay mắc hai chốt P, E1) - Khố K (cơngtắc) đặt trạng thái ngắt điện c) Bấm khoá K mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn từ từ núm xoay nguồn điện Un để tăng dần hiệu điện U hai cực đèn neon Ne đèn bừng sáng Đọc ghi giá trị hiệu điện sáng U S vônkế V vào bảng Sau lại vặn từ từ núm xoay nguồn U n để giảm dần hiệu điện U hai cực đèn neon Ne đèn tắt Đọc ghi giá trị hiệu điện tắt UT vônkế V vào bảng Thực lại động tác lần Đọc ghi giá trị tương ứng U S UT lần đo vào bảng d) Vặn núm xoay nguồn Un vị trí Bấm khoá K mặt máy để ngắt điện Tháo bỏ điện trở bảo vệ R khỏi mạch điện 2.2 Nghiệm công thức xác định chu kỳ  mạch dao động tích phóng a) Mắc lại mạch điện mặt máy theo sơ đồ mạch điện hình 5, đó: 7|Page - Vơnkế V mắc hai chốt P, E1 - Tụ điện mẫu C0 mắc song song với đèn neon Ne hai chốt L, E - Điện trở mẫu R0 mắc nối tiếp với đèn neon Ne hai chốt P, Q b) Đặt đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại lên mặt máy cho đèn neon Ne nằm hai lỗ cửa sổ đầu cảm biến Cắm đầu cảm biến vào ổ A máy đo thời gian đa 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 khố K mặt máyđể đóng điện vào máy: đèn LED phát sáng Vặn núm xoay nguồn điện Un để vônkế V giá trị Un = 90V giữ giá trị không đổi thời gian mạch R0C0 thực dao động d) Cắm phích lấy điện máy đo thời gian vào nguồn điện ~220V Bấm khóa đóng điện K: chữ số phát sáng thị cửa sổ "CHU KỲ" "THỜI GIAN" Bấm nút "RESET" để đưa chữ số trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t0 n = 50 chu kỳ dao động tích phóng  mạch R0C0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp đèn neon Ne Thực lần phép đo t0 Đọc ghi giá trị tương ứng t0 lần đo vào bảng e) Vặn núm xoay nguồn Un vị trí Bấm khố K mặt máyđể ngắt điện 8|Page 2.3 Xác định điện trở Rx a) Thay điện trở cần đo Rx vào vị trí điện trở mẫu R0 mắc hai chốt P, Q sơ đồ mạch điện hình Bấm khố K mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn núm xoay nguồn Un để vônkế V giá trị Un = 90V giữ giá trị không đổi thời gian mạch điện R xC0 thực dao động tích phóng b) Bấm nút "RESET" máy đo thời gian để đưa chữ số trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t R n = 50 chu kỳ dao động tích phóng R mạch điện RxC0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp đèn neon Ne Thực lần phép đo tR Đọc ghi giá trị tương ứng t R lần đo vào bảng c) Vặn núm xoay nguồn Un vị trí Bấm khố K mặt máy để ngắt điện 2.4 Xác định điện dung Cx a) Thay tụ điện có điện dung C x cần đo vào vị trí tụ điện mẫu C mắc hai chốt L, E sơ đồ mạch điện hình Bấm khố K mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn núm xoay nguồn Un để vônkế V giá trị Un = 90V giữ giá trị không đổi thời gian mạch điện R0Cx thực dao động tích phóng b) Bấm nút "RESET" máy đo thời gian để đưa chữ số 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t C n = 50 chu kỳ dao động tích phóng C mạch điện R0Cx ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp đèn neon Ne Thực lần phép đo t C Đọc ghi giá trị tương ứng t C lần đo vào bảng 9|Page c)Đọc ghi số liệu sau vào bảng : - Giá trị cực đại Um cấp xác v vơnkế V - Độ xác t máy đo thời gian - Giá trị điện trở mẫu R0 - Giá trị điện dung mẫu C0 d) Vặn núm xoay nguồn Un vị trí Bấm khoá K mặt máy để ngắt điện: đèn LED tắt Rút phích lấy điện máy khỏi nguồn ~220V Thu xếp gọn gàng dụng cụ bàn thí nghiệm 10 | P a g e III BẢNG SỐ LIỆU - Vônkế V : Um100 V; V1,5% - Điện trở mẫu : R0= 1,00±0,01 (MΏ) - Điện dung mẫu : C0= 1,00±0,01 (F) - Độ xác máy đo thời: t=0,01(s ) Lần đo US US(V) (V) UT UT t0 t0 tR tR tC tC (V) (V) (s) (s) (s) (s) (s) (s) 74 0,0 60 0,0 43,78 0,002 62,60 0,002 27,80 0,038 74 0,0 60 0,0 43,82 0,042 62,63 0,028 27,86 0,022 74 0,0 60 0,0 43,75 0,028 62,45 0,152 27,73 0,108 74 0,0 60 0,0 43,86 0,082 62,71 0,108 27,84 0,002 74 0,0 60 0,0 43,68 0,098 62,62 0,018 27,96 0,122 Trung 74,0 0,0 60,0 0,0 43,778 0,050 62,602 0,062 27,838 0,058 bình IV.XỬ LÍ SỐ LIỆU t 01 +t 02+t 03 +t 04+t 05 43,78+ 43,82+ 43,75+ 43,86+43,68 =43,778 = 5 |43,778− 43,78|=0,002 ( s ) ∆ t 02=|t − t 02|=|43,778− 43,82|=0,042 ( s ) t 0= ∆ t 01=|t −t 01|= ∆ t 03=|t − t 03|=|43,778− 43,75|=0,028 ( s ) ∆ t 04 =|t − t 04| =|43,778− 43,86|=0,082 ( s ) ∆ t 05=|t − t 05|=|43,778− 43,68|=0,098 ( s ) ∆ t0 = ∆ t 01+ ∆ t 02 +∆ t 03+ ∆ t 04+ ∆ t 05 0,002+ 0,042+0,028=0,082=0,098 =0,050 (s) = 5 11 | P a g e t R 1+ t R +t R +t R 4+ t R 62,60+62,63+62,45+62,71+62,62 = = 5 ∆ t R 1=|t R −t R 1|=|62,602 −62,60|=0,002 ( s ) tR = 62,602(S) ∆ t R 2=|t R − t R 2| =|62,602 −62,63|=0,028 ( s ) ∆ t R 3=|t R − t R 3|=|62,602 −62,45|=0,152 ( s ) ∆ t R 4=|t R − t R 4|=|62,602 −62,71|=0,108(S) ∆ t R 5=|t R − t R 5|=|62,602 −62,62|=0,018 ( s ) = ∆ tR ∆ t R +∆ t R 2+ ∆ t R +∆ t R +∆ t R 0,002+ 0,028+0,152+0,108+0,018 =¿0,062(s) = 5 t C +t C 2+t C +t C 4+ t C 27,80+27,86+27,73+27,84 +27,96 = = 5 ∆ t C 1=|t C − t C1|=|27,838 −27,80|=0,038 ( s ) tC = 27,838(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 =|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 ) ∆ tC = ∆ t C1 + ∆ t C +∆ t C 3+ ∆ t C +∆ t C 0,038+0,022+0,108+0,002+0,122 =¿ 0,058(s) = 5 V.TÍNH TỐN KẾT QUẢ Tính giá trị τ 0=R0 C ln U n −U T 90− 60 =0,629( s) =106 10−6 ln 90 − 74 Un− US 12 | P a g e τ t R R 62,602  R x =R0 τ =R0 t =10 43,778 =1,430 10 (Ω) 0 τ t C C −6 27,838 −6  C x =C τ =C t =10 43,778 =0,636.10 (F) 0 Tính sai số: Sai số phép đo U S ,U T ,U n :  ∆ U S=(∆ U S)ℎt +∆ U S=100.1,5 %+ 0=1,5 (V )  ∆ U T =(∆ U T )ℎt + ∆ U T =100.1,5 %+ 0=1,5(V )  ∆ U n=(∆ U n)ℎt +∆ U n =100.1,5 %+0=1,5(V ) i Sai số phép đo t 0: ∆ t 0=( ∆ t )ℎt + ∆ t0 =0,01+ 0,050=0.060(s ) Sai số phép đo t R : ∆ t R =(∆ t R )ℎt + ∆ t R=0,01+ 0,062=0,072(s) Sai số phép đo t C: ∆ t C =( ∆ t C ) ℎt +∆ t C =0,01+ 0,058=0,068 ( s ) *Thế vào cơng thức sai số để tính sai số tuyệt đối ( ∆ τ 0= ln ) [| | | | | U n− UT 1 −1 ( C ∆ R 0+ R ∆ C0 ) + ( R C ) − ∆ Un+ ∆ U r+ U n −U S U n − U T U n −U S U n− Ur U n −U S ∆ R x ∆ R0 ∆ t R ∆ t 0,01 0,072 0,060 = + + = + + =0,013 Rx R0 tR t0 62,602 43,778 6 ¿> ∆ R x =0,013 1,430 10 =0,019 10 (Ω) ∆ C x ∆ C0 ∆ t C ∆ t 0,01 0,068 0,060 = + + = + + =0,014 Cx C0 tC t0 27,838 43,778 −6 −6 ¿> ∆ C x =0,014 0,636.10 =0,009.10 (F) 13 | P a g e t n 43,778 =0,8756 (s ) Đotrựctiếp: τ 0= = 50 ∆ τ 0=(∆ τ 0)ℎt + τ 0= 0,01 0,050 + =0,0012(s ) 50 50 Viết kết phép đo: U S=74 ± 1,5 ( V ) U T =U T ± ∆ U T =60 ± 1,5(V ) Đo gián tiếp: τ 0=τ ± ∆ τ 0=0,629 ± 0,200(s ) (s) Đo trực tiếp: τ 0=τ ± ∆ τ 0=¿0,8756± 0,0012 (s) R x =R x ± ∆ R x =1,430± 0,019 (MΏ) C x =C x ± ∆ C x =0,636 ± 0,009 (F) ... GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÍ BÀI SỐ : ? ?ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHĨNG DÙNG ĐÈN NEON? ?? Nhóm: 2B Danh sách thành viên: Họ tên MSSV Đặng... gọi dao động 5|Page tích phóng Sự biến thiên hiệu điện U hai cực tụ điện C mạch dao động tích phóng dùng đèn neon biểu diễn hình II PHƯƠNG PHÁP ĐO Dụng cụ đo Điện trở mẫu R0= 1,00 ± 0,01M; Điện. .. I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạch dao động tích phóng dùng đèn neon mạch dao động điện đơn giản (Hình 1) gồm: đèn neon Ne (là bóng thuỷ tinh nhỏ, bên hút chân khơng đến cỡ 10mmHg có hai điện cực kim loại