Laboratorio di Fisica - Sei

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5 Descrizione della prova Fase di preparazione UNITÀ 20 • Il condensatore 113 Per far sì che il processo di carica abbia una durata significativa (diciamo dell’ordine di 1 min, cioè 60 s), in base al valore noto della capacità C del condensatore (supponiamo che valga 470 μF), bisogna scegliere la resistenza R opportuna. Da una parte si sa che il tempo t di carica del condensatore è pari a circa 5 volte la costante di tempo τ del circuito (t = 5 · τ), dalla quale si trova: Dall’altra, è anche τ =R · C, da cui ricavi: R = C Di conseguenza, a partire dalle condizioni t = 60 s e C = 470 μF, determini facilmente: t 60 τ 12 τ = = = 12 s e R = = ≅ 25532 Ω −6 5 5 C 470 ⋅10 La resistenza utilizzata deve essere dunque dell’ordine di 25 kΩ. Infine, nota la tensione massima del condensatore (per ipotesi 25 V), stabilisci il valore massimo della tensione di alimentazione da non superare per motivi di sicurezza. Per esempio: τ t τ = 5 ΔV 0 = 14 V Fase di esecuzione a) Tramite il voltmetro verifica che nel condensatore non ci siano cariche residue (in caso affermativo, lo scarichi collegandolo a terra). b) Scegli gli intervalli di tempo per la campionatura dei valori della ΔV ai capi del condensatore: puoi optare per 5 s fissi per tutta la misurazione, oppure per intervalli crescenti (3 s, 6 s, 12 s) al fine di avere una curva più precisa nella parte iniziale della carica. c) Dopodiché, quando il circuito è pronto, alimentalo portando la d.d.p. a un certo valore (nel nostro esempio, 14 V) ed effettua le letture sul voltmetro disposto in parallelo con il condensatore. (Anche se non sono state ancora trattate le correnti continue, accontentandosi di darne una definizione qualitativa, si può pensare di rilevare attraverso un milliamperometro collegato in serie con il condensatore e il resistore, l’intensità della corrente congiuntamente alla tensione. Così è possibile constatare che, man mano che la d.d.p. ai capi del condensatore aumenta, contrastando quella di alimentazione, la corrente elettrica decresce fino a diventare nulla). 6 Raccolta dei dati La tabella 1 è necessaria per raccogliere i dati. Tabella 1 1 2 3 4 t Dx(t) DV Dx(DV) (s) (s) (V) (V) 0,0 0,2 0,00 0,01 3,0 0,2 2,70 0,01 6,0 0,2 5,15 0,01 12,0 0,2 8,51 0,01 18,0 0,2 10,36 0,01 24,0 0,2 11,48 0,01 36,0 0,2 12,92 0,01 48,0 0,2 13,58 0,01 60,0 0,2 13,95 0,01 S. Fabbri, M. Masini – Phoenomena, Laboratorio di Fisica – © 2011, SEI Società Editrice Internazionale, Torino
114 SCHEDA 27 • Laboratorio 7 Elaborazione L’elaborazione si limita al grafico (ΔV, t) − e, se fatte le corrispondenti misurazioni, quello (I, t) – su carta millimetrata, riportando sul foglio anche gli intervalli di indeterminazione (figura 2). Figura 2 8 Analisi dei risultati e conclusioni Non essendo possibile un confronto con i valori teorici, che richiederebbero l’uso della formula ΔV = ΔV 0 · [1 − e −t/(R · C) ] ΔV (V) 15,0 10,0 5,0 20 40 60 puoi esprimere un commento sull’andamento della curva, osservando le differenze tra la parte iniziale e quella finale. S. Fabbri, M. Masini – Phoenomena, Laboratorio di Fisica – © 2011, SEI Società Editrice Internazionale, Torino t (s)
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Sergio Fabbri Mara Masini phoenomen
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