Rinnakkaislevykondensaattori: varauksen ja energian varastointi

1 · Ennusta

Rinnakkaislevykondensaattorilla on kiinteä geometria (pinta-ala ja rako). Jos lisäät sen yli olevaa jännitettä, kasvaako varastoitunut energia suoraan verrannollisesti vai nopeammin?

• Varastoitunut energia kasvaa nopeammin kuin jännite – se riippuu jännitteen neliöstä.
• Varastoitunut energia on suoraan verrannollinen jännitteeseen.
• Varastoitunut energia ei riipu jännitteestä.

2 · Kokoa

1. Avaa rinnakkaislevyt-esiasetus ja paina Nollaa. Levyjen pinta-ala = 0.05 m², väli = 2 mm.
2. Ota käyttöön varauksen ja varastoidun energian lukemat.
3. Aseta levyjen jännite jokaiselle suoritukselle ja kirjaa varastoitunut varaus ja energia.

3 · Kerää data

Kuvaa varastoitunut energia U (y-akseli) jännitettä V vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko käyrä suora vai kaartuuko se ylöspäin?

4 · Analysoi

1. 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.
2. Selitä kaavalla U = ½CV², miksi jännitteen kaksinkertaistaminen neljääntää varastoidun energian kaksinkertaistamisen sijaan – vaikka varastoitunut varaus vain kaksinkertaistuu.

5 · Laajenna

1. 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.
2. 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.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia