Φόρτιση RC: Εκθετική προσέγγιση πυκνωτή

1 · Πρόβλεψε

Πυκνωτής φορτίζεται μέσα από αντιστάτη από μπαταρία 10 V. Η τάση του ανεβαίνει με σταθερό ρυθμό, ή επιβραδύνεται καθώς πλησιάζει την τάση της μπαταρίας;

• Η τάση του πυκνωτή ανεβαίνει με σταθερό ρυθμό μέχρι να χτυπήσει τα 10 V, και μετά σταματά.
• Η φόρτιση επιβραδύνεται — ο πυκνωτής πλησιάζει τα 10 V αλλά δεν τα φτάνει ποτέ σε πεπερασμένο χρόνο (εκθετική προσέγγιση).
• Η τάση του πυκνωτή υπερπηδά τα 10 V πριν επανέλθει προς τα κάτω.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή rc-charging και πάτησε Επαναφορά. R = 100 Ω, C = 0.01 F, δίνοντας σταθερά χρόνου τ = RC = 1 s· η μπαταρία παρέχει 10 V.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη τάσης πυκνωτή.
3. Πάτησε Αναπαραγωγή και κατέγραψε την τάση του πυκνωτή σε κάθε αναφερόμενο χρόνο.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε την τάση πυκνωτή V_c (άξονας y) έναντι του χρόνου t (άξονας x) για τις τρεις αναγνώσεις σου. Ισοπεδώνεται η καμπύλη καθώς πλησιάζει τα 10 V;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε V_c = E(1 − e^(−t/τ)) χρησιμοποιώντας E = 10 V, τ = 1 s. Σύγκρινε με τον πίνακα.
2. Στο t = τ (1 s), ο πυκνωτής φτάνει περίπου το 63% της τελικής τάσης. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τον εκθετικό τύπο, γιατί χρειάζονται πολλά ακόμη σταθερά χρόνου για να πλησιάσεις πολύ κοντά στα 10 V αλλά ποτέ μαθηματικά δεν τα φτάνεις ακριβώς.

5 · Επέκταση

1. Αν διπλασίαζες τη χωρητικότητα C (κρατώντας το R ίδιο), η σταθερά χρόνου τ = RC θα διπλασιαζόταν επίσης. Θα χρειαζόταν ο πυκνωτής περισσότερο ή λιγότερο χρόνο για να φτάσει το 63% των 10 V; Γιατί μεγαλύτερος πυκνωτής χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να φορτίσει μέσω του ίδιου αντιστάτη;
2. Πυκνωτής φλας κάμερας φορτίζεται αργά (δευτερόλεπτα) μέσω διαδρομής υψηλής αντίστασης αλλά εκφορτίζεται σχεδόν ακαριαία μέσω του σωλήνα φλας (πολύ χαμηλή αντίσταση). Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τ = RC, γιατί οι χρόνοι φόρτισης και εκφόρτισης μπορούν να είναι τόσο διαφορετικοί για τον ίδιο πυκνωτή.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής