समानांतर-प्लेट संधारित्र: चार्ज और ऊर्जा भंडारण

1 · भविष्यवाणी

parallel-plate कैपेसिटर में एक निश्चित ज्यामिति (क्षेत्र और अंतराल) होती है। यदि आप इसके पार वोल्टेज बढ़ाते हैं, तो क्या संग्रहीत ऊर्जा सीधे अनुपात में या तेजी से बढ़ती है?

• संग्रहीत ऊर्जा वोल्टेज की तुलना में तेजी से बढ़ती है - यह वोल्टेज वर्ग पर निर्भर करता है।
• संग्रहीत ऊर्जा सीधे वोल्टेज के समानुपाती होती है।
• संग्रहित ऊर्जा वोल्टेज पर निर्भर नहीं होती है।

2 · सेट अप

1. parallel-plates प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। प्लेट क्षेत्र = 0.05 m², पृथक्करण = 2 मिमी।
2. चार्ज और stored-energy रीडआउट सक्षम करें।
3. प्रत्येक परीक्षण के लिए प्लेट वोल्टेज सेट करें और संग्रहीत चार्ज और ऊर्जा को रिकॉर्ड करें।

3 · डेटा एकत्रित करें

अपने तीन परीक्षणों के लिए संग्रहीत ऊर्जा U (y-अक्ष) को वोल्टेज V (x-अक्ष) के विरुद्ध प्लॉट करें। क्या वक्र सीधा है या ऊपर की ओर झुकता है?

4 · विश्लेषण करें

1. एक परीक्षण के लिए, A = 0.05 m², d = 0.002 m (प्रत्येक परीक्षण में समान) का उपयोग करके C = ε₀A/d की गणना करें, फिर Q = CV और U = ½CV². तीनों की तुलना तालिका से करें।
2. U = ½CV², का उपयोग करके समझाएं कि क्यों वोल्टेज को दोगुना करने से संग्रहीत ऊर्जा दोगुनी होने के बजाय चौगुनी हो जाती है - भले ही संग्रहीत चार्ज केवल दोगुना हो जाता है।

5 · विस्तार

1. कैपेसिटेंस C = ε₀A/d केवल प्लेटों की ज्यामिति पर निर्भर करता है, आपके द्वारा लगाए गए वोल्टेज पर नहीं। बताएं कि भौतिक रूप से बड़ा संधारित्र (बड़ा ए या छोटा डी) एक ही वोल्टेज पर अधिक चार्ज क्यों संग्रहीत कर सकता है।
2. एक मेडिकल डिफाइब्रिलेटर एक कैपेसिटर को उच्च वोल्टेज पर चार्ज करता है, फिर इसे एक सेकंड के एक अंश में रोगी के माध्यम से डिस्चार्ज कर देता है। U = ½CV², का उपयोग करके बताएं कि डॉक्टर आवश्यक ऊर्जा को शीघ्रता से वितरित करने के लिए उच्च धारिता के बजाय उच्च वोल्टेज का उपयोग क्यों करते हैं।

इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी

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