Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Обкладками конденсатора служат полоски графита с прикрепленными полосками ткани, изготовленной из углеродных нанотрубок
В ходе измерений напряжение на конденсаторе не должно превышать

***При проведении измерений удобно пользоваться секундомером с памятью этапов.
Если вы не умеете работать с секундомером в таком режиме – обратитесь за консультацией к организаторам олимпиады.***
1.1 Проведите измерения зависимости напряжения на конденсаторе от времени в процессе зарядки от 0 до 550 мВ. Измерения проведите при двух значениях сопротивления цепи зарядки
В данном эксперименте процесс зарядки приближенно описывается уравнением
где
Решением уравнения (1) является функция
Для проверки предложенной модели процесса, описываемого выражениями (1)-(2) необходимо: а) используя уравнение (1) определить значение предельного напряжения
Для численного расчета производной рекомендуем использовать симметричную схему. Пусть вам известны значения напряжений
1.2 Проведите описанную процедуру обработки полученных экспериментальных данных. Графически подтвердите применимость теоретической модели (1), определите численные значения параметров
Проверь, лежат ли точки линеаризованной функции на прямой — это покажет применимость модели (2). Нарисуй график подходящей линеаризации.
Линеаризуй решение (2) в форме, удобной для регрессии, и построй соответствующий график; затем используй метод наименьших квадратов для оценки наклона и сдвига прямой.
- Возьми предварительно найденное значение
и построй график левой части линеаризованной зависимости (логарифм разности). - Аппроксимируй точки прямой методом МНК и найди наклон и сдвиг прямой.
- Из наклона прямой определи
, а из сдвига — подтверждение . - Оцени погрешность
, используя погрешности коэффициентов линейной аппроксимации (например, стандартные ошибки МНК).
1.3 Предложите электрическую схему упрощенной модели конденсатора, объясняющую (хотя бы качественно) полученные экспериментальные данные. Определите параметры вашей модели, одним из которых является емкость конденсатора (обязательно).
Подумай, какие простые элементы (ёмкость и сопротивление) встраивают в эквивалентную схему, чтобы получилось конечное предельное напряжение меньше напряжения источника.
Предложи эквивалентную схему из последовательных/параллельных RC-элементов и используй соотношение для характерного времени зарядки
- Нарисуй простейшую схему, содержащую источник, внешнее сопротивление
и эквивалентное внутреннее сопротивление/элемент, характеризующее конденсатор (например, эквивалентное сопротивление и ёмкость ). - Запиши выражение для предельного напряжения на эквиваленте через делитель напряжения (параметры схемы) и свяжи его с измеренным
. - Используй найденное
и известное внешнее для определения через (гдеэфф — ёмкость модели).эфф - Вырази значения параметров модели (
, и т.п.) из полученной системы уравнений.
2.1 Измерьте зависимость напряжения на конденсаторе от времени в процессе разрядки.
2.2 Проверьте, является ли процесс разрядки экспоненциальным.
Наблюдай форму полученной кривой U(t): как быстро падает напряжение в начале и есть ли заметный хвост при больших временах. Построй её в обычных координатах и оцени, кажется ли спад монотонным и похожим на «выгибающуюся» экспоненту или на какую‑то другую кривую.
Предположи, что процесс описывается экспоненциальным законом убывания и запиши соответствующее общее уравнение вида
- Построй экспериментальные точки в исходных координатах и визуально сравни их с формой экспоненты.
- Выполни линеаризацию предполагаемой зависимости (преобразование, дающее линейную связь между переменными) и нанеси преобразованные данные на график.
- Подбери методом наименьших квадратов коэффициенты прямой для полученных точек и проверь качество приближения (остатки, коэффициент детерминации).
- Вырази искомый параметр
из полученной системы коэффициентов линейной аппроксимации.
2.3 Предложите простую схему, качественно объясняющую полученную зависимость. Оцените параметры этой схемы, расчет их погрешностей не требуется.
В данной части измерения проведите только при одном резисторе в цепи.
3.1 Точных измерений проводить не надо! Постройте схематический график зависимости напряжения от времени, укажите только значения параметров этой зависимости в некоторых характерных точках
3.2 Качественно объясните полученную зависимость. Расчет параметров не требуется.
Опиши, как выглядел график напряжения сразу после размыкания и что происходит через секунды–минуты: какой характерный быстрый и медленный этапы ты наблюдаешь? Нарисуй схематично U(t) с указанием начальной точки, резкого падения и последующего медленного подъёма/установления.
Предложи простую эквивалентную электрическую схему, состоящую из емкостей и сопротивлений (серийных и/или параллельных), а также учитывающую возможную внутреннюю перераспределённую зарядовую емкость или утечку; объясни, какие процессы каждым элементом описываются (быстрое обнуление, медленное восстановление, установившееся напряжение).
- Нарисуй схему, содержащую минимум элементов, которые объясняют оба этапа: моментальное обнуление и дальнейший медленный рост напряжения.
- Опиши физически, какой элемент схемы отвечает за быстрое снятие заряда при коротком замыкании, а какой — за медленное восстановление (перераспределение/утечку) после размыкания.
- Свяжи характерные этапы графика с соответствующими элементами схемы: отметь, какой конечный уровень напряжения и какое время восстановления обещает каждая ветвь схемы.
- Вырази через параметры предложенной схемы (в виде неизвестных величин) характерное время восстановления и предельное напряжение, которые затем можно определить из наблюдаемого графика.

