Πυκνωτής παράλληλων πλακών: Αποθήκευση φορτίου και ενέργειας

1 · Πρόβλεψε

Πυκνωτής παράλληλων πλακών έχει σταθερή γεωμετρία (εμβαδόν και κενό). Αν αυξήσεις την τάση πάνω του, η αποθηκευμένη ενέργεια μεγαλώνει ευθέως ανάλογα, ή ταχύτερα;

• Η αποθηκευμένη ενέργεια μεγαλώνει ταχύτερα από την τάση — εξαρτάται από την τάση στο τετράγωνο.
• Η αποθηκευμένη ενέργεια είναι ευθέως ανάλογη της τάσης.
• Η αποθηκευμένη ενέργεια δεν εξαρτάται από την τάση.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή parallel-plates και πάτησε Επαναφορά. Εμβαδόν πλάκας = 0.05 m², απόσταση = 2 mm.
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις φορτίου και αποθηκευμένης ενέργειας.
3. Ρύθμισε την τάση πλάκας για κάθε δοκιμή και κατέγραψε το αποθηκευμένο φορτίο και ενέργεια.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε την αποθηκευμένη ενέργεια U (άξονας y) έναντι της τάσης V (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η καμπύλη ευθεία ή λυγίζει προς τα πάνω;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε C = ε₀A/d χρησιμοποιώντας A = 0.05 m², d = 0.002 m (ίδιο σε κάθε δοκιμή), μετά Q = CV και U = ½CV². Σύγκρινε και τα τρία με τον πίνακα.
2. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας U = ½CV², γιατί ο διπλασιασμός της τάσης τετραπλασιάζει την αποθηκευμένη ενέργεια αντί να τη διπλασιάζει — παρότι το αποθηκευμένο φορτίο μόνο διπλασιάζεται.

5 · Επέκταση

1. Η χωρητικότητα C = ε₀A/d εξαρτάται μόνο από τη γεωμετρία των πλακών, όχι από την τάση που εφαρμόζεις. Εξήγησε γιατί φυσικά μεγαλύτερος πυκνωτής (μεγαλύτερο A ή μικρότερο d) μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερο φορτίο στην ίδια τάση.
2. Ιατρικός απινιδωτής φορτίζει πυκνωτή σε υψηλή τάση, και μετά τον εκφορτίζει μέσω του ασθενούς σε κλάσμα δευτερολέπτου. Χρησιμοποιώντας U = ½CV², εξήγησε γιατί οι γιατροί χρησιμοποιούν υψηλή τάση αντί υψηλή χωρητικότητα για να παραδώσουν την απαιτούμενη ενέργεια ταχέως.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής