الدوائر
شحن RC
اضغط تشغيل — تشحن المكثفة على منحنى أسي (τ = RC)
شحن RC — محاكاة الدوائر تفاعلية. اضغط تشغيل — تشحن المكثفة على منحنى أسي (τ = RC) مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
شحن RC
يتشحن المكثف أُسِّيًا عندما تُغذى الدائرة. ثابت الزمن τ = RC.
أولًا التيار عالٍ؛ ومع تراكم الشحنة يرتفع جهد المكثف وينخفض التيار نحو الصفر.
- τ = RC
- V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يشحن مكثف عبر مقاومة من بطارية 10 V. هل يرتفع جهده بمعدل ثابت، أم يتباطأ كلما اقترب من جهد البطارية؟
توقعات للموازنة
- يرتفع جهد المكثف بمعدل ثابت حتى يبلغ 10 V ثم يتوقف.
- يتباطأ الشحن — يقترب المكثف من 10 V دون بلوغها أبدًا في زمن منتهٍ (اقتراب أُسّي).
- يتجاوز جهد المكثف 10 V ثم يهبط مستقرًا.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الزمن t (s)
ما تقيسه:
- ثابت الزمن τ (s)
- جهد المكثف V_c (V)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق شحن RC واضغط إعادة الضبط. R = 100 Ω و C = 0.01 F، معطيًا ثابت زمن τ = RC = 1 s؛ تزود البطارية 10 V.
- فعّل قراءة جهد المكثف.
- اضغط تشغيل وسجل جهد المكثف عند كل زمن مدرج.
المعادلة الحاكمة
ثابت الزمن RC — τ = R·C
يحدد ثابت الزمن τ = RC مقياس زمن الاستجابة الأسية لدائرة RC. بعد τ واحد يبلغ المكثف المشحون نحو 63% من جهده النهائي؛ وبعد نحو 5τ يكون مشحونًا كليًا عمليًا.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب V_c = E(1 − e^(−t/τ)) باستخدام E = 10 V و τ = 1 s. قارن بالجدول.
- عند t = τ (1 s)، يبلغ المكثف نحو 63% من الجهد النهائي. اشرح، باستخدام المعادلة الأسية، لماذا يلزم ثوابت زمن أكثر بكثير للاقتراب جدًا من 10 V لكنه لا يبلغها رياضيًا تمامًا أبدًا.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- لو ضاعفت السعة C (مع إبقاء R نفسها)، يتضاعف ثابت الزمن τ = RC أيضًا. هل يستغرق المكثف وقتًا أطول أم أقصر ليبلغ 63% من 10 V؟ لماذا يستغرق المكثف الأكبر وقتًا أطول للشحن عبر المقاومة نفسها؟
- مكثف فلاش الكاميرا يشحن ببطء (ثوانٍ) عبر مسار عالي المقاومة لكنه يتفريغ فوريًا تقريبًا عبر أنبوب الفلاش (مقاومة منخفضة جدًا). اشرح، باستخدام τ = RC، لماذا يمكن أن يختلف زمن الشحن والتفريغ بهذا القدر للمكثف نفسه.
- AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
- IB Physics — B.5 Current and circuits
- General High School Physics — Electricity & DC circuits
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- أهلًا بك في شحن RC
- اضغط تشغيل
- حدد المكثف
- شحن أُسّي
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.