Skutečný kondenzátor odpovídající součástce obvodu

1 · Predikuj

Experiment obvodu rc-charging používá idealizovaný kondenzátor 0.01 F. Postavení skutečného deskového kondenzátoru s takovou kapacitou by potřebovalo nemozně malou mezeru pro vakuum — pokud nezstackuješ mnoho tenkých dielektrických vrstev. Zvětšuje přidání víc vrstev celkovou kapacitu, nebo zmenšuje?

• Víc vrstev zmenšuje kapacitu.
• Víc vrstev zvětšuje kapacitu — je to jako skládání úložišť náboje několika kondenzátorů paralelně.
• Počet vrstev kapacitu neovlivňuje, jen dielektrický materiál.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu plate-same-c-in-circuit a stiskni Resetovat. Tento kondenzátor používá dielektrikum s vysokým k (εr = 1000), aby fyzicky realizoval stejných 0.01 F jako experiment obvodu rc-charging.
2. Zapni odečet kapacity.
3. Pro každý pokus použij daný počet vrstev (plocha, rozestup a εr drženy pevně na skutečných hodnotách tohoto experimentu) a spočti výslednou kapacitu.

3 · Sbírej data

Vynes kapacitu C (osa y) proti počtu vrstev N (osa x) pro své tři pokusy. Prochází čára počátkem?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti C = ε₀εrAN/d s ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (pevný rozestup tohoto experimentu). Porovnej s tabulkou. Potvrď, že N = 1000 reprodukuje přesných 0.01 F propojeného obvodu.
2. Vysvětli, procm prokládání více vrstev dielektrika (jako skutečný vícevrstvý keramický kondenzátor) násobí efektivní kapacitu, stejně jako by skládání kondenzátorů paralelně.

5 · Rozšiř

1. Skutečné kondenzátory 0.01 F („10 000 µF“) existují jako kompaktní součástky, které držíš v ruce, díky přesně tomuto triku: extrémně tenké, těsně svinuté nebo naskládané vrstvy vysoce permitivního dielektrika mezi obrovskými efektivními plochami desek. Vysvětli, proč naivní jednovrstvý design s vakuovou mezerou by tohle v malém balení nikdy nedosáhl.
2. Napětí tohoto kondenzátoru je nastaveno, aby přesně odpovídalo EMF baterie experimentu rc-charging. Proč může být při výuce kondenzátorů užitečné ukázat stejnou numerickou kapacitu postavenou dvěma způsoby — jako idealizovaný symbol obvodu a jako fyzicky realizovatelné vícevrstvé zařízení?

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky