Вериги

RC зареждане

Натисни Пусни — кондензаторът се зарежда по експонента (τ = RC)

RC зареждане — интерактивна симулация Вериги. Натисни Пусни — кондензаторът се зарежда по експонента (τ = RC) Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

RC зареждане

Кондензаторът се зарежда експоненциално, когато веригата се захранва. Времева константа τ = RC.

Първоначално токът е висок; с натрупване на заряд, напрежението на кондензатора расте и токът клони към нула.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Кондензатор се зарежда през резистор от батерия 10 V. Напрежението му расте ли с постоянна скорост, или забавя, докато приближава напрежението на батерията?

Предсказвания за преценка

• Напрежението на кондензатора расте с постоянна скорост, докато удари 10 V, после спира.
• Зареждането забавя — кондензаторът приближава 10 V, но никога съвсем не го достига за крайно време (експоненциално приближаване).
• Напрежението на кондензатора прехвърля 10 V, преди да се установи обратно.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Време t (s)

Какво измерваш:

• Времева константа τ (s)
• Напрежение на кондензатора V_c (V)

Как протича изследването

1. Отвори настройката RC зареждане и натисни Нулирай. R = 100 Ω, C = 0.01 F, давайки времева константа τ = RC = 1 s; батерията доставя 10 V.
2. Включи показанието за напрежение на кондензатора.
3. Натисни Пусни и запиши напрежението на кондензатора на всяко изброено време.

Управляващо уравнение

RC времева константа — τ = R·C

Времевата константа τ = RC задава времевия мащаб на експоненциалния отговор на RC верига. След едно τ зареждащият кондензатор достига около 63% от крайното си напрежение; след около 5τ той по същество е напълно зареден.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли V_c = E(1 − e^(−t/τ)) с E = 10 V, τ = 1 s. Сравни с таблицата.
• При t = τ (1 s) кондензаторът достига около 63% от крайното напрежение. Обясни, с експоненциалната формула, защо трябват много повече времеви константи, за да се доближи много до 10 V, но никога математически не го достига точно.

Къде това се появява извън лабораторията

• Ако удвоиш електроемността C (запазвайки R), времевата константа τ = RC също би се удвоила. Щеше ли на кондензатора да трябват повече или по-малко време, за да достигне 63% от 10 V? Защо по-голям кондензатор се зарежда по-дълго през същия резистор?
• Кондензаторът на фотографска светкавица се зарежда бавно (секунди) през път с високо съпротивление, но се разрежда почти мигновено през светкавичната тръба (много ниско съпротивление). Обясни, с τ = RC, защо времената за зареждане и разреждане могат да са толкова различни за същия кондензатор.

• 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

1. Добре дошъл при RC зареждането
2. Натисни Пусни
3. Избери кондензатора
4. Експоненциално зареждане
5. Отвори панела Свойства
6. Справи се!

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Зареждане на кондензатор и времеви константи