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 [materiale
occorrente] [predisposizione] [carica del
condensatore]
[scarica del condensatore] [analisi dei dati]
Materiale occorrente
| sonda di tensione ±10 V |
| sensore tensione-corrente |
| generatore di funzioni |
| interruttore |
| 2 basette per componenti |
| resistenza da 100 W, 5W |
| condensatore elettrolitico 4700mF |
| cavetti per le connessioni |
alimentatore stabilizzato oppure
una pila da 9 volt
con cappuccio |
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| calcolatrice grafica TI-89 o TI-92+ o Voyage |
| Physics-2003 |
| interfaccia
LabPro oppure CBL2 |
Predisposizione
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Predisposizione delle sonde
-
 Collegare
la sonda di tensione al canale 1 , e la sonda di corrente al canale
2 dell’interfaccia.
- Sulla calcolatrice, dal menu principale selezionare 1:PREDISP. SONDE;
8:ALTRO.
- Per la prima sonda scegliere 2:TENSIONE ±10V, per la seconda 5:CORRENTE
, optando per la calibrazione preesistente per entrambe.
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| 2 |
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| 3 |
Collegamento del circuito
- Con la resistenza e il condensatore realizzare il circuito in figura:
- Collegare in parallelo la sonda di tensione ai capi del condensatore,
collegare la sonda corrente in serie, fra la resistenza e il condensatore.
- Collegare
la pila (tenendo conto della polarità del condensatore
elettrolitico)
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Calcolo della costante di tempo del circuito
Per avere un’indicazione sui valori delle grandezze in gioco, è opportuno
fare una valutazione teorica sulla durata del fenomeno e sui valori di tensione
e di corrente che ci aspettiamo di misurare.
Nel circuito che abbiamo montato il condensatore ha una capacità di
C=
4700mF con una tolleranza del 10%,
mentre il resistore ha una resistenza R=100 W con
una tolleranza del 5%.
La costante di tempo è quindi: t =
RC = (0.47± 0.07) s
Il condensatore si può considerare carico o scarico dopo un tempo Dt=5t=2.35
s.
Carica del condensatore
| 4 |
Impostazione del trigger
Il fenomeno si svolge in un tempo breve, per cui è utile
servirsi dell’opzione triggering, fornendo al sistema
le indicazioni opportune, a seconda se si tratta del
circuito di carica o di scarica del condensatore.
Nel menu principale scegliere 4:TRIGGERING.
| Si seleziona 2:CANALE
1 , cioè il segnale di tensione. |
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Se
si tratta del circuito di carica, come tipo di trigger
scegliere 1: CRESCENTE , perché la raccolta
dei dati deve cominciare quando il segnale aumenta.
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| Come soglia di trigger
per il circuito considerato è sufficiente
0.1 V, |
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| mentre la frazione
di grafico che deve essere riservata al segnale prima
che scatti il trigger è sufficiente 1%. |
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| 5 |
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Scarica del condensatore
| 6 |
Impostazione del trigger
- Per il circuito di scarica dopo aver scelto nel
menu principale 4:TRIGGERING, in sequenza 2:CANALE
1,
cioè il
segnale di tensione.
- Siccome si tratta del circuito
di carica, come tipo di trigger scegliere 1:DECRESCENTE,
perché la raccolta dei dati deve cominciare
quando il segnale diminuisce.
- Nella scarica come soglia
di trigger si indica 9 V, mentre come frazione
di grafico che deve essere riservata al segnale prima
che scatti
il trigger è sufficiente 1%.
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| 7 |
Acquisizione dei dati
Sulla calcolatrice, dal menu principale selezionare
2:ACQUISIZIONE. Poiché ci interessa analizzare
l’andamento della tensione e della corrente
nel tempo scegliamo 2:GRAFICO vs TEMPO.
Come intervallo tra campionamenti digitiamo 0.05s,
mentre 80 campionamenti sono sufficienti per osservare
il fenomeno in tutta la sua durata.
Se i valori indicati
sono corretti confermare con 1:OK.
Dopo aver premuto avviare l’acquisizione, sulla calcolatrice compare il
messaggio
TRIGGER ATTIVO…
Chiudere l’interruttore sul circuito di scarica; come nella carica si spegne
il LED giallo, quando il sistema comincia ad acquisire i dati, mentre il LED
verde rimane acceso fino al completamento dell’acquisizione. Sulla
calcolatrice compare il messaggio in cui vengono indicate le variabili
che sono utilizzate
in memoria per i dati
| Ricordando che
la sonda di tensione era connessa a CH1 e la
sonda di corrente a CH2, scegliendo 1:CANALE
1 si visualizza il grafico V(t), |
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| mentre scegliendo
2:CANALE 2 si visualizza il grafico I(t). |
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Per tornare al menu scelta grafico premere , per
tornare al menu principale 7:ESCI
Alla richiesta se si vuole ripetere l’esperimento,
scegliere 1:NO per passare all’elaborazione
dei dati. Prima di proseguire si consiglia di salvare
i dati secondo le indicazioni della scheda Salvataggio
e recupero di file dati.
Come si può notare dal grafico della corrente,
| durante la scarica
del condensatore il segnale è negativo
e cresce fino allo zero. |
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| Il grafico della
corrente nella carica, è una curva dello
stesso tipo, ma sempre positiva decrescente. |
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Dal confronto di queste due misure, si può dedurre
che la corrente cambia verso di percorrenza nel circuito,
a seconda che il condensatore si stia caricando o
scaricando.
Per avere un grafico positivo si può ripetere
la misura scambiando le connessioni ai capi della
sonda di corrente, durante la scarica. In queste
condizioni i grafici che si ottengono sono i seguenti:
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Analisi dei dati
Per l’analisi dei dati si propongono due modi diversi:
> la prima può essere eseguita direttamente in
ambiente Physics 2003 e consiste nella ricerca dell'equazione
e del grafico della curva di interpolazione:
 Carica
e scarica del condensatore - Analisi dei dati con
PHYSICS 2003
> La seconda invece è eseguita con DataMatrix/Editor e
fa riferimento al documento ADT:
Fisica on-line con la TI-92 e il CBL
CIRCUITO RC, CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE
4/10/98, versione definitiva scheda a cura di Ottavia
Foà.
Carica
e scarica del condensatore - Analisi dei dati con DataMatrix/Editor
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avviare
l’acquisizione, sulla calcolatrice compare il
messaggio
