RC зареждане: експоненциално приближаване на кондензатор

1 · Предскажи

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

• 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.

2 · Постановка

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.

3 · Събери данни

Чертай напрежението на кондензатора V_c (ос y) спрямо времето t (ос x) за трите си отчитания. Изравнява ли се кривата, когато приближава 10 V?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли V_c = E(1 − e^(−t/τ)) с E = 10 V, τ = 1 s. Сравни с таблицата.
2. 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.

5 · Надгради

1. 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?
2. 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.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат