Un condensador real que coincideix amb un component de circuit

1 · Prediu

L'experiment de circuit rc-charging fa servir un condensador idealitzat de 0.01 F. Construir un condensador real de plaques paral·leles amb tanta capacitat necessitaria una separació impossiblement petita per a el buit — tret que apilis moltes capes primes de dielèctric. Afegir més capes augmenta o disminueix la capacitat total?

• Més capes disminueixen la capacitat.
• Més capes augmenten la capacitat: és com apilar la capacitat de càrrega de diversos condensadors en paral·lel.
• El nombre de capes no afecta la capacitat; només el material dielèctric.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «Un condensador real que coincideix amb un component de circuit» i prem Restableix. Aquest condensador fa servir un dielèctric d'alta k (εr = 1000) per realitzar físicament els mateixos 0.01 F que l'experiment de circuit rc-charging.
2. Activa la lectura de capacitat.
3. Per a cada prova, fes servir el nombre de capes donat (àrea, separació i εr mantingudes fixes als valors reals d'aquest experiment) per calcular la capacitat resultant.

3 · Recull dades

Representa la capacitat C (eix y) contra el nombre de capes N (eix x) per a les tres proves. La línia és recta i passa per l'origen?

4 · Analitza

1. Per a una prova, calcula C = ε₀εrAN/d amb ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (la separació fixa d'aquest experiment). Compara-ho amb la taula. Confirma que N = 1000 reprodueix exactament els 0.01 F del circuit enllaçat.
2. Explica per què intercalar més capes de dielèctric (com un condensador ceràmic multicapa real) multiplica la capacitat efectiva, de la mateixa manera que apilar condensadors en paral·lel.

5 · Amplia

1. Els condensadors reals de 0.01 F («10,000 µF») existeixen com a components compactes que pots agafar amb la mà, gràcies exactament a aquest truc: capes extremadament primes, estretament enrotllades o apilades, de dielèctric d'alta permitivitat entre àrees de placa efectives enormes. Explica per què un disseny ingenu d'una sola capa amb buit no podria aconseguir això mai en un paquet petit.
2. La tensió d'aquest condensador coincideix exactament amb l'EMF de la bateria de l'experiment «Càrrega RC». Per què pot ser útil, ensenyant condensadors, mostrar la mateixa capacitat numèrica construïda de dues maneres — com a símbol idealitzat de circuit i com a dispositiu multicapa físicament realitzable?

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles