Vooluringid

RC laadimine

Vajuta Esita — kondensaator laadub eksponentkõveral (τ = RC)

RC laadimine — interaktiivne Vooluringid simulatsioon. Vajuta Esita — kondensaator laadub eksponentkõveral (τ = RC) Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

RC-laadimine

Kondensaator laadub eksponentiaalselt, kui vooluring pingestatakse. Ajakonstant τ = RC.

Alguses on vool suur; laengu kogunedes kondensaatori pinge tõuseb ja vool langeb nulli poole.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Uurimise kokkuvõte

Planeeri küsimus enne labori avamist

Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.

Juhtküsimus

Kondensaator laebub takisti kaudu 10 V patareilt. Kas tema pinge tõuseb ühtlasest tempos või aeglustub, kui ta patarei pingele läheneb?

Kaalutavad ennustused

• Kondensaatori pinge tõuseb ühtlasest tempos, kuni jõuab 10 V-le, siis peatub.
• Laadimine aeglustub — kondensaator läheb 10 V-le ligi, aga ei jõua lõplikus ajas päriselt sinna (eksponentlik lähenemine).
• Kondensaatori pinge lööb üle 10 V enne tagasi seatumist.

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Aeg t (s)

Mida sa mõõdad:

• Ajakonstant τ (s)
• Kondensaatori pinge V_c (V)

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava RC-laadimise eelseadistus ja vajuta Lähtesta. R = 100 Ω, C = 0,01 F, mis annab ajakonstandi τ = RC = 1 s; patarei annab 10 V.
2. Lülita sisse kondensaatori pinge näit.
3. Vajuta Esita ja kirjuta kondensaatori pinge üles igal loetletud ajal.

Juhtiv võrrand

RC ajakonstant — τ = R·C

Ajakonstant τ = RC määrab RC-vooluringi eksponentse vastuse ajaskaala. Ühe τ pärast jõuab laetav kondensaator umbes 63 %-ni oma lõpppingest; umbes 5τ pärast on ta sisuliselt täielikult laetud.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Arvuta ühes katses V_c = E(1 − e^(−t/τ)), kasutades E = 10 V, τ = 1 s. Võrdle tabeliga.
• Ajal t = τ (1 s) jõuab kondensaator umbes 63 %-ni lõpppingest. Selgita eksponentvalemi abil, miks palju rohkem ajakonstante kulub, et 10 V-ile väga lähedale jõuda, aga matemaatiliselt ei jõuta sinna kunagi täpselt.

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Kui sa kahekordistaksid mahtuvuse C (hoides R sama), kahekordistuks ka ajakonstant τ = RC. Kas kondensaator võtaks kauem või vähem aega, et jõuda 63 %-ni 10 V-st? Miks suurem kondensaator laebub sama takisti kaudu kauem?
• Välklambi kondensaator laebub aeglaselt (sekunditega) läbi kõrge takistuse tee, aga laetakse peaaegu hetkega läbi välklambi toru (väga madal takistus). Selgita τ = RC abil, miks laadimise ja tühjenemise ajad saavad sama kondensaatori jaoks nii erinevad olla.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Tere tulemast RC laadimise juurde
2. Vajuta Esita
3. Vali kondensaator
4. Eksponentlaeng
5. Ava Omaduste paneel
6. Said hakkama!

Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.

Ava interaktiivne labor →

Laadi tööleht alla →

Kondensaatori laadimine ja ajakonstandid