Ηλεκτρομαγνητισμός
Ίδια C σε κύκλωμα
Αυτή η γεωμετρία πλακών δίνει το ίδιο C με την προεπιλογή φόρτισης RC στα Κυκλώματα — άνοιξέ την για να δεις Q(t).
Ίδια C σε κύκλωμα — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτή η γεωμετρία πλακών δίνει το ίδιο C με την προεπιλογή φόρτισης RC στα Κυκλώματα — άνοιξέ την για να δεις Q(t). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Χωρητικότητα σε κυκλώματα
Αυτή η γεωμετρία πλακών δίνει την ίδια C με την προεπιλογή φόρτισης RC στα Κυκλώματα — άνοιξέ την για να δεις Q(t).
Αυτή η γεωμετρία παράλληλων πλακών χρησιμοποιεί εμβαδόν A και απόσταση d ώστε η C = ε₀A/d να ταιριάζει με την προεπιλογή φόρτισης RC στα Κυκλώματα. Το επικαλυπτόμενο σχηματικό δείχνει V–R–C σε σειρά με την υπολογισμένη τιμή µF. Πάτησε Αναπαραγωγή για να δεις το πεδίο να χτίζεται· άνοιξε τη συνδεδεμένη προεπιλογή Κυκλωμάτων για να δεις Q(t) = CV(1 − e^(−t/RC)) για την ίδια C.
- C = ε₀A/d
- Q = CV
Σύνοψη έρευνας
Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο
Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.
Βασική ερώτηση
Το πείραμα rc-charging κυκλώματος χρησιμοποιεί ιδανικοποιημένο πυκνωτή 0.01 F. Η κατασκευή πραγματικού πυκνωτή παράλληλων πλακών με τόση χωρητικότητα θα απαιτούσε αδύνατο μικροσκοπικό κενό για κενό — εκτός αν στοιβάξεις πολλές λεπτές διηλεκτρικές στρώσεις. Η προσθήκη περισσότερων στρώσεων αυξάνει ή μειώνει τη συνολική χωρητικότητα;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Περισσότερες στρώσεις μειώνουν τη χωρητικότητα.
- Περισσότερες στρώσεις αυξάνουν τη χωρητικότητα — είναι σαν να στοιβάζεις αποθήκευση φορτίου πολλών πυκνωτών παράλληλα.
- Ο αριθμός στρώσεων δεν επηρεάζει τη χωρητικότητα, μόνο το διηλεκτρικό υλικό επηρεάζει.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Αριθμός στρώσεων N
Τι μετράς:
- Χωρητικότητα C (mF)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή plate-same-c-in-circuit και πάτησε Επαναφορά. Αυτός ο πυκνωτής χρησιμοποιεί διηλεκτρικό υψηλού k (εr = 1000) για να πραγματοποιήσει φυσικά τα ίδια 0.01 F με το πείραμα rc-charging κυκλώματος.
- Ενεργοποίησε την ένδειξη χωρητικότητας.
- Για κάθε δοκιμή, χρησιμοποίησε τον δοσμένο αριθμό στρώσεων (εμβαδόν, απόσταση και εr σταθερά στις πραγματικές τιμές αυτού του πειράματος) για να υπολογίσεις την προκύπτουσα χωρητικότητα.
Κυρίαρχη εξίσωση
Πολυστρωματική χωρητικότητα — C = ε₀A/d
Η παρεμβολή N στρώσεων διηλεκτρικού μεταξύ πλακών πολλαπλασιάζει τη μονόστρωτη χωρητικότητα επί N: C = ε₀εrAN/d. Έτσι οι πραγματικοί πυκνωτές φτάνουν μεγάλες τιμές χωρητικότητας σε συμπαγές μέγεθος.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε C = ε₀εrAN/d χρησιμοποιώντας ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (η σταθερή απόσταση αυτού του πειράματος). Σύγκρινε με τον πίνακα. Επιβεβαίωσε ότι N = 1000 αναπαράγει ακριβώς τα 0.01 F του συνδεδεμένου κυκλώματος.
- Εξήγησε γιατί η παρεμβολή περισσότερων στρώσεων διηλεκτρικού (όπως πραγματικός πολυστρωματικός κεραμικός πυκνωτής) πολλαπλασιάζει την αποτελεσματική χωρητικότητα, με τον ίδιο τρόπο που η στοίβαξη πυκνωτών παράλληλα θα έκανε.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Πραγματικοί πυκνωτές 0.01 F («10.000 µF») υπάρχουν ως συμπαγή εξαρτήματα που μπορείς να κρατήσεις στο χέρι σου, χάρη σε ακριβώς αυτό το τέχνασμα: εξαιρετικά λεπτές, σφιχτά τυλιγμένες ή στοιβαγμένες στρώσεις διηλεκτρικού υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς μεταξύ τεράστιων αποτελεσματικών εμβαδών πλακών. Εξήγησε γιατί ένας αφελής μονόστρωτος σχεδιασμός με κενό κενού δεν θα μπορούσε ποτέ να το επιτύχει σε μικρή συσκευασία.
- Η τάση αυτού του πυκνωτή ρυθμίζεται να ταιριάζει ακριβώς με την EMF μπαταρίας του πειράματος rc-charging κυκλώματος. Γιατί μπορεί να είναι χρήσιμο, κατά τη διδασκαλία πυκνωτών, να δείχνεις την ίδια αριθμητική χωρητικότητα χτισμένη με δύο τρόπους — ως ιδανικοποιημένο σύμβολο κυκλώματος και ως φυσικά πραγματοποιήσιμη πολυστρωματική συσκευή;
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- Καλώς όρισες στην Ίδια C σε κύκλωμα
- Επίλεξε τον πυκνωτή
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Χωρητικότητα σε κύκλωμα
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →