Sähkömagnetismi
Rinnakkaislevykondensaattori
Tasainen kenttä E = V/d levyjen välissä; lue C = ε₀A/d ja varastoitunut energia U = ½CV².
Rinnakkaislevykondensaattori – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Tasainen kenttä E = V/d levyjen välissä; lue C = ε₀A/d ja varastoitunut energia U = ½CV². Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Rinnakkaislevykondensaattori
Tasainen kenttä E = V/d levyjen välissä; lue C = ε₀A/d ja varastoitunut energia U = ½CV².
Rinnakkaiset levyt jännitteellä V ja välillä d luovat lähes tasaisen kentän E = V/d niiden väliin (reunojen haihtumista ohitetaan). Kapasitanssi C = ε₀A/d ja varastoitunut energia U = ½CV² seuraavat geometriasta. Paina Toista katsoaksesi levyjen varausindikaattorien sykkivän; lue C ja U Ominaisuudet-paneelista.
- E = V/d
- C = ε₀A/d
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Rinnakkaislevykondensaattorilla on kiinteä geometria (pinta-ala ja rako). Jos lisäät sen yli olevaa jännitettä, kasvaako varastoitunut energia suoraan verrannollisesti vai nopeammin?
Punniteltavat ennusteet
- Varastoitunut energia kasvaa nopeammin kuin jännite – se riippuu jännitteen neliöstä.
- Varastoitunut energia on suoraan verrannollinen jännitteeseen.
- Varastoitunut energia ei riipu jännitteestä.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Jännite V (V)
Mitä mittaat:
- Kapasitanssi C (pF)
- Varastoitunut varaus Q (nC)
- Varastoitunut energia U (nJ)
Miten tutkimus etenee
- Avaa rinnakkaislevyt-esiasetus ja paina Nollaa. Levyjen pinta-ala = 0.05 m², väli = 2 mm.
- Ota käyttöön varauksen ja varastoidun energian lukemat.
- Aseta levyjen jännite jokaiselle suoritukselle ja kirjaa varastoitunut varaus ja energia.
Hallitseva yhtälö
Rinnakkaislevykapasitanssi — C = ε₀A/d
Kaksi rinnakkaista johdinlevyä, joita erottaa rako, varastoi varauksen verrannollisena pinta-alaansa ja käänteisesti väliinsä: C = ε₀A/d. Varastoitunut energia on U = ½CV² = ½QV.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske C = ε₀A/d arvoilla A = 0.05 m², d = 0.002 m (sama jokaisessa suorituksessa), sitten Q = CV ja U = ½CV². Vertaa kaikkia kolmea taulukkoon.
- Selitä kaavalla U = ½CV², miksi jännitteen kaksinkertaistaminen neljääntää varastoidun energian kaksinkertaistamisen sijaan – vaikka varastoitunut varaus vain kaksinkertaistuu.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Kapasitanssi C = ε₀A/d riippuu vain levyjen geometriasta, ei kohdistamastasi jännitteestä. Selitä, miksi fysikaalisesti suurempi kondensaattori (suurempi A tai pienempi d) voi varastoida enemmän varausta samalla jännitteellä.
- Lääketieteellinen defibrillaattori lataa kondensaattorin korkeaan jännitteeseen ja purkaa sen sitten potilaan läpi murto-osassa sekuntia. Käyttäen kaavaa U = ½CV² selitä, miksi lääkärit käyttävät korkeaa jännitettä korkean kapasitanssin sijaan toimittaakseen tarvittavan energian nopeasti.
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- Tervetuloa rinnakkaislevyihin
- Valitse kondensaattori
- Paina Toista
- Tasainen kenttä levyjen välissä
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →