Todellinen kondensaattori, joka vastaa piirikomponenttia

1 · Ennusta

RC-latauspiirikoe käyttää ideaalistettua 0.01 F kondensaattoria. Todellisen rinnakkaislevykondensaattorin rakentaminen tuolla kapasitanssilla vaatisi mahdottoman pienen raon tyhjiölle – ellet pinota monia ohuita dielektrisiä kerroksia. Kasvattaako vai pienentääkö lisäkerrosten lisääminen kokonaiskapasitanssia?

• Lisäkerrokset pienentävät kapasitanssia.
• Lisäkerrokset kasvattavat kapasitanssia – se on kuin pinottaisiin useiden kondensaattorien varauksen varastointia rinnakkain.
• Kerrosmäärä ei vaikuta kapasitanssiin, vain dielektrinen materiaali vaikuttaa.

2 · Kokoa

1. Avaa levyt samalla C:llä piirissä -esiasetus ja paina Nollaa. Tämä kondensaattori käyttää korkean k:n dielektristä (εr = 1000) realisoidakseen fysikaalisesti saman 0.01 F:n kuin RC-latauspiirikoe.
2. Ota käyttöön kapasitanssin lukema.
3. Jokaiselle suoritukselle käytä annettua kerrosmäärää (pinta-ala, väli ja εr pidetään kiinteinä tämän kokeen todellisissa arvoissa) laskeaksesi syntyvän kapasitanssin.

3 · Kerää data

Kuvaa kapasitanssi C (y-akseli) kerrosten määrää N vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske C = ε₀εrAN/d arvoilla ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (tämän kokeen kiinteä väli). Vertaa taulukkoon. Varmenna, että N = 1000 toistaa linkitetyn piirin 0.01 F:n täsmälleen.
2. Selitä, miksi useampien dielektristen kerrosten lomittaminen (kuten todellisessa monikerroksisessa keraamisessa kondensaattorissa) moninkertaistaa efektiivisen kapasitanssin, samalla tavalla kuin kondensaattorien pinoaminen rinnakkain tekisi.

5 · Laajenna

1. Todellisia 0.01 F (”10 000 µF”) kondensaattoreita on olemassa kompakteina komponentteina, jotka mahtuvat käteen, juuri tämän temppun ansiosta: erittäin ohut, tiukasti rullatut tai pinotut korkean permittiivisyyden dielektriset kerrokset valtavien efektiivisten levyjen pinta-alojen välillä. Selitä, miksi naiivi yksikerroksinen tyhjiörakosuunnittelu ei koskaan voisi saavuttaa tätä pienessä paketissa.
2. Tämän kondensaattorin jännite on asetettu vastaamaan täsmälleen RC-latauspiirikokeen pariston EMF:ää. Miksi voi olla hyödyllistä, kun opetetaan kondensaattoreista, näyttää sama numeerinen kapasitanssi rakennettuna kahdella eri tavalla – ideaalistettuna piirisymbolina ja fysikaalisesti realisoituvana monikerroksisena laitteena?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia