Päris kondensaator, mis vastab vooluringi komponendile

1 · Ennusta

RC-laadimise vooluringi eksperiment kasutab idealiseeritud 0,01 F kondensaatorit. Päris plaatkondensaatori ehitamine nii suure mahtuvusega vajaks vaakumi jaoks võimatult väikest vahe — välja arvatud, kui sa virnad palju õhukesi dielektrikukihte. Kas rohkemate kihtide lisamine suurendab või vähendab kogumahtuvust?

• Rohkem kihte vähendab mahtuvust.
• Rohkem kihte suurendab mahtuvust — see on nagu mitme kondensaatori jagu laengusalvestust rööpselt kokku kuhjades.
• Kihtide arv ei mõjuta mahtuvust, ainult dielektriku materjal teeb.

2 · Seadista

1. Ava plaat-sama-C vooluringi eelseadistus ja vajuta Lähtesta. See kondensaator kasutab kõrge-k dielektrikut (εr = 1000), et füüsiliselt teostada sama 0,01 F mis RC-laadimise vooluringi eksperimendis.
2. Lülita sisse mahtuvuse näit.
3. Kasuta igas katses antud kihtide arvu (pindala, vahe ja εr hoitakse fikseerituna selle eksperimendi tegelikel väärtustel), et arvutada tulev mahtuvus.

3 · Kogu andmeid

Joonista mahtuvus C (y-telg) kihtide arvu N (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks. Kas joon on sirge läbi origo?

4 · Analüüsi

1. Arvuta ühes katses C = ε₀εrAN/d, kasutades ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (selle eksperimendi fikseeritud vahe). Võrdle tabeliga. Kinnita, et N = 1000 taasannab täpselt lingitud vooluringi 0.01 F.
2. Selgita, miks rohkemate dielektrikukihtide vaheldumine ( nagu päris mitmekihilises keraamilises kondensaatoris) kordistab tulemusmahtuvust, samal viisil nagu kondensaatorite rööpselt kuhjamine teeks.

5 · Laienda

1. Päris 0.01 F („10 000 µF“) kondensaatorid on olemas kompaktsed komponentidena, mida sa saad käes hoida, täpselt selle triki tõttu: äärmiselt õhukesed, tihedalt rullitud või virnastatud kõrge permittiivsusega dielektrikukihid tohute tulekusplaatide pindalade vahel. Selgita, miks naiivne ühekihiline vaakumvahega disain ei saanuks seda kunagi väikeses pakendis saavutada.
2. Selle kondensaatori pinge on seatud täpselt vastama RC-laadimise vooluringi eksperimendi patarei EMF-ile. Miks võiks kondensaatorite õpetamisel olla kasulik näidata sama numbrilist mahtuvust ehitatuna kahel viisil — idealiseeritud vooluringi sümbolina ja füüsiliselt teostatava mitmekihilise seadmena?

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte