الکترومغناطیس
همان C در یک مدار
این هندسهٔ صفحهها همان C پیشتنظیم RC مدارها را میدهد — آن را باز کنید تا Q(t) را ببینید.
همان C در یک مدار — شبیهسازی تعاملی الکترومغناطیس. این هندسهٔ صفحهها همان C پیشتنظیم RC مدارها را میدهد — آن را باز کنید تا Q(t) را ببینید. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
خازنی در مدارها
این هندسهٔ صفحهای همان C پیشتنظیم شارژ RC در مدارها را میدهد — آن را باز کنید تا Q(t) را ببینید.
این هندسهٔ صفحهموازی سطح A و فاصلهٔ d را چنان استفاده میکند که C = ε₀A/d با پیشتنظیم شارژ RC در مدارها همخوان باشد. طرحوارهٔ روپوش V–R–C را بهصورت سری با مقدار محاسبهشدهٔ µF نشان میدهد. Play را بفشارید تا ساختهشدن میدان را ببینید؛ پیشتنظیم مرتبط مدارها را باز کنید تا Q(t) = CV(1 − e^(−t/RC)) را برای همان C ببینید.
- C = ε₀A/d
- Q = CV
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
آزمایش مدار شارژ RC خازن ایدهآل 0.01 F را به کار میبرد. ساختن خازن صفحهٔ موازی واقعی با این ظرفیت برای خلأ به فاصلهای ناممکن کوچک نیاز داشت — مگر اینکه لایههای نازک دیالکتریک را بچینید. افزودن لایههای بیشتر، ظرفیت کل را زیاد یا کم میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- لایههای بیشتر ظرفیت را کم میکنند.
- لایههای بیشتر ظرفیت را زیاد میکنند — مثل بهموازیچیدن چند خازنِ ذخیرهٔ بار.
- شمار لایه بر ظرفیت اثر ندارد، فقط جنس دیالکتریک دارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- شمار لایه N
آنچه اندازه میگیرید:
- ظرفیت C (mF)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی plate-same-c-in-circuit را باز کنید و Reset را بفشارید. این خازن با عایق پرک (εr = 1000) همان 0.01 F آزمایش مداری rc-charging را بهصورت فیزیکی محقق میکند.
- قرائت ظرفیت را فعال کنید.
- برای هر آزمایش، با شمار لایهٔ دادهشده (مساحت، فاصله و εr ثابت بر مقدارهای واقعی همین آزمایش) ظرفیت حاصل را حساب کنید.
معادلهٔ حاکم
ظرفیت چندلایه — C = ε₀A/d
قرار دادن N لایهٔ عایق بهصورت درهم بین صفحات، ظرفیت تکلایه را در N ضرب میکند: C = ε₀εrAN/d. خازنهای واقعی همینطور در اندازهٔ جمعوجور به مقادیر ظرفیت بزرگ میرسند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، C = ε₀εrAN/d را با ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m و εr = 1000 و A = 0.01 m² و d ≈ 8.854 µm (فاصلهٔ ثابت این آزمایش) حساب کنید. با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید N = 1000 دقیقاً همان 0.01 F مدار پیوسته را بازتولید میکند.
- توضیح دهید چرا میانچینی لایههای دیالکتریک بیشتر (مثل خازن سرامیکی چندلایهٔ واقعی) ظرفیت مؤثر را چند برابر میکند، همانطور که چیدن خازنها به موازی میکرد.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- خازنهای واقعی 0.01 F (10,000 µF) بهصورت قطعهای جمعوجور که در دست جا میشود وجود دارند، دقیقاً به همین ترفند: لایههای بسیار نازک، محکم لولهشده یا چیدهشده دیالکتریک پرتراوایی میان مساحتهای مؤثر عظیم صفحه. توضیح دهید چرا طرح سادهٔ تکلایهٔ خلأ هرگز در بستهبندی کوچک به این نمیرسید.
- ولتاژ این خازن دقیقاً بر نیروی محرکهٔ باتری آزمایش RC تنظیم شده. چرا هنگام آموزش خازن، نشاندادن همان ظرفیت عددی به دو شیوهٔ متفاوت — نماد مداریِ ایدهآل و افزارهٔ چندلایهٔ فیزیکیساختنی — سودمند است؟
- 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
- به خازن همارز در مدار خوش آمدید
- انتخاب خازن
- Play را بفشارید
- خازنی در مدار
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.