Рассмотри цепь в начальный момент зарядки и в установившемся режиме; что происходит с током, когда конденсатор полностью зарядился?

Запиши уравнение для падения напряжений в цепи (закон Ома в общем виде): напряжение источника равно сумме падений на резисторе и на конденсаторе.

1. При установившемся режиме положи ток равным нулю и выпиши соотношение между напряжениями.
2. В начальный момент положи напряжение на конденсаторе равным нулю и найди начальный ток через резистор.
3. Свяжи скорость изменения напряжения на конденсаторе с током через соотношение для заряда .
4. Вырази характерное время зарядки τ из полученной системы соотношений.

Подготовь схему, убедись, что конденсатор разряжен, и продумай, какие точки и в какие моменты времени будешь фиксировать напряжение.

Измеряй поочерёдно пары (время, ) при одном установленном , затем повтори при другом; построение графиков помогает сравнить кривые.

1. Разрядись и установи В при разомкнутом ключе; замыкай ключ и фиксируй и в начале и через интервалы времени.
2. Повтори процедуру при В на том же листе с одинаковыми осями и шкалами.
3. Построй два графика и на одном бланке, пронумеруй точки и проведи плавные кривые.
4. Вырази предельные значения напряжений и характерные времена зарядки τ из полученных графиков.

Заметь, что в опытах часто через некоторое долгое время в цепи всё ещё присутствует ток; где он может протекать, если конденсатор кажется заряженным?

Модель: к идеальному конденсатору добавь параллельный резистор, задающий утечку; в установившемся режиме одинаковый ток течёт через резистор цепи и через утечку конденсатора.

1. Оставь цепь на долгое время, затем измерь напряжение на резисторе и на конденсаторе в устоявшемся состоянии.
2. Покажи, что ненулевое напряжение на резисторе означает ненулевой ток и, следовательно, ток утечки через конденсатор.
3. Сопоставь измеренные величины с эквивалентной схемой с параллельным сопротивлением утечки.
4. Вырази сопротивление утечки (сопротивление конденсатора) из полученной системы измерений.

Нарисуй схему в установившемся (стационарном) режиме: какие элементы замкнуты между собой и какие токи при этом протекают? Подумай, что изменилось по сравнению с начальным мгновением зарядки.

Применяй закон Ома и баланс напряжений для стационарного режима; учти, что в установившемся состоянии через ёмкость переменный зарядный ток отсутствует (ток через ёмкость равен нулю), но в цепи может течь постоянный ток через другие элементы.

1. Запиши уравнение для напряжений в стационарном режиме, связывающее напряжение источника, падение на внешнем резисторе и напряжение на конденсаторе.
2. Вырази силу тока через внешний резистор через известное и измеренное стационарное с помощью закона Ома.
3. Запиши связь между этим током и (эквивалентным) сопротивлением утечки конденсатора.
4. Выразите сопротивление конденсатора из полученной системы.

Смотри на начальную часть графика зарядки: как определить начальную скорость изменения напряжения по измеренным точкам?

Определи характерное время по определению: τ = (предельное напряжение) / (начальная скорость роста); измерь начальную скорость как наклон кривой в районе нуля времени.

1. На графиках аппроксимируй начальную часть прямой через первые точки и найди её наклон (ΔU/Δt у начала).
2. Определи предельное напряжение по горизонту кривой или по насыщению графика.
3. Подставь найденные величины в определение τ и вычисли характерные времена для двух .
4. Вырази численные значения τ из полученной системы графических данных.

Подумай, как без отдельного амперметра измерить ток через стабилитрон с помощью известного резистора и вольтметра.

Построй измерительную схему: стабилитрон включи питающим источником через последовательный резистор; измеряй падение напряжения на этом резисторе, а ток получай через закон Ома .

1. Нарисуй схему: источник — последовательный резистор с известным сопротивлением — стабилитрон; вольтметр параллельно резистору для измерения и параллельно стабилитрону для .
2. Меняя сопротивление (реостат) или источник, вариируй ток через стабилитрон и фиксируй и .
3. Вычисляй ток как частное измеренного на известное сопротивление резистора.
4. Вырази силу тока через измеренные и известное сопротивление резистора.

Собери схему как в части 2, но включи стабилитрон параллельно конденсатору; подумай, как стабилитрон может влиять на начальную часть кривой и на насыщение.

Измеряй при двух как и раньше; ожидай, что при достижении напряжения стабилитрона он может удерживать напряжение и менять токовую составляющую зарядки.

1. Убедись в разряде конденсатора, установи В при разомкнутом ключе, подключи стабилитрон параллельно конденсатору и замыкай ключ; записывай и .
2. Повтори при В на том же бланке с одинаковыми осями.
3. Построй графики для обоих и отметь отличия от кривых без стабилитрона.
4. Вырази полученные предельные значения напряжений и характерные времена τ из этих графиков.

Сравни кривые с и без стабилитрона: где они совпадают, а где расходятся, и какие участки отвечают работе стабилитрона?

Качественно используй модель: стабилитрон при включении шунтирует повышение напряжения, тем самым ограничивает и перераспределяет ток — это меняет насыщение и может уменьшать или увеличивать эффективную постоянную времени в зависимости от режима.

1. Сравни предельные уровни и начальные наклоны кривых в обеих сериях измерений.
2. Определи участки, где стабилитрон начал проводить (плато или ограничение напряжения) и как это повлияло на ток зарядки.
3. Сформулируй качественное объяснение сходств и различий, опираясь на шунтирующее действие стабилитрона и утечку конденсатора.
4. Вырази влияние стабилитрона на и на величину τ, исходя из сравнения кривых.

Подключи стабилитрон последовательно с конденсатором и подумай, как теперь распределяются напряжения при зарядке.

Запиши общее соотношение: напряжение источника распределяется на резисторе, стабилитроне и конденсаторе; при установившемся токе можно учесть состояние стабилитрона (включён/выключен) для предельного распределения напряжений.

1. Собери последовательное соединение стабилитрона с конденсатором и внешним резистором как в условии.
2. Убедись в разряде конденсатора, установи В и замеряй по мере зарядки, делая замеры в начале и через интервалы времени.
3. Построй график полученной зависимости и отметь установившееся значение и начальный наклон.
4. Вырази предельное напряжение на конденсаторе и характерное время τ из полученной системы измерений.