Реален кондензатор, съответстващ на верижен компонент

1 · Предскажи

Експериментът RC зареждане ползва идеализиран кондензатор 0.01 F. Изграждането на реален плосък кондензатор с толкова електроемност би изисквало невъзможно малка междина за вакуум — освен ако не натрупаш много тънки диелектрични слоя. Увеличава ли или намалява добавянето на повече слоеве пълната електроемност?

• Повече слоеве намаляват електроемността.
• Повече слоеве увеличават електроемността — все едно натрупваш електроемността на няколко кондензатора успоредно.
• Броят слоеве не влияе на електроемността, само диелектричният материал.

2 · Постановка

1. Отвори настройката еднакъв C във верига и натисни Нулирай. Този кондензатор ползва висок-k диелектрик (εr = 1000), за да реализира физически същите 0.01 F като експеримента RC зареждане.
2. Включи показанието за електроемност.
3. За всеки опит ползвай дадения брой слоеве (площ, разделяне и εr, държани фиксирани на действителните стойности на този експеримент), за да изчислиш получената електроемност.

3 · Събери данни

Чертай електроемността C (ос y) спрямо броя слоеве N (ос x) за трите си опита. Права ли е линията през началото?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли C = ε₀εrAN/d с ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (фиксираното разделяне на този експеримент). Сравни с таблицата. Потвърди, че N = 1000 възпроизвежда точно 0.01 F на свързаната верига.
2. Обясни защо преплитането на повече диелектрични слоеве (както в реален многослоен керамичен кондензатор) умножава ефективната електроемност, по същия начин, по който натрупването на кондензатори успоредно би направило.

5 · Надгради

1. Реални кондензатори 0.01 F („10,000 µF“) съществуват като компактни компоненти, които можеш да държиш в ръка, точно благодарение на този трик: изключително тънки, плътно навити или натрупани слоеве високодиелектричен материал между огромни ефективни площи. Обясни защо наивен еднослоен дизайн с вакуумна междина никога не би постигнал това в малък пакет.
2. Напрежението на този кондензатор е зададено да съответства точно на EMF на батерията от експеримента RC зареждане. Защо би било полезно, когато преподаваш кондензатори, да покажеш същата числова електроемност, изградена по два начина — като идеализиран верижен символ и като физически реализуем многослоен прибор?

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат