Strujni krugovi

RC punjenje

Pritisni Pokreni — kondenzator se puni eksponencijalnom krivuljom (τ = RC)

RC punjenje — interaktivna simulacija: Strujni krugovi. Pritisni Pokreni — kondenzator se puni eksponencijalnom krivuljom (τ = RC) Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

RC punjenje

Kondenzator se puni eksponencijalno kad se krug napaja. Vremenska konstanta τ = RC.

Isprva je struja velika; kako se naboj nakuplja, napon kondenzatora raste, a struja pada prema nuli.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Sažetak istraživanja

Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij

Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.

Središnje pitanje

Kondenzator se puni kroz otpornik iz baterije od 10 V. Raste li njegov napon stalnom stopom ili usporava dok se približava naponu baterije?

Predviđanja za odvagnuti

• Napon kondenzatora raste stalnom stopom dok ne dosegne 10 V, tada stane.
• Punjenje usporava — kondenzator se približava 10 V, ali nikad ga točno ne dostiže u konačnom vremenu (eksponencijalni prilaz).
• Napon kondenzatora preleti 10 V prije nego se smiri.

Uloge varijabli

Što postavljaš:

• Vrijeme t (s)

Što mjeriš:

• Vremenska konstanta τ (s)
• Napon kondenzatora V_c (V)

Kako istraživanje teče

1. Otvori postav rc-charging i pritisni Resetiraj. R = 100 Ω, C = 0.01 F, dajući vremensku konstantu τ = RC = 1 s; baterija daje 10 V.
2. Omogući očitanje napona kondenzatora.
3. Pritisni Pokreni i zabilježi napon kondenzatora pri svakom navedenom vremenu.

Odgovarajuća jednadžba

RC vremenska konstanta — τ = R·C

Vremenska konstanta τ = RC određuje vremensku skalu eksponencijalnog odziva RC kruga. Nakon jednog τ, punjenje kondenzator dostiže oko 63% konačnog napona; nakon oko 5τ, bitno je potpuno napunjen.

Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade

• Za jedan pokušaj izračunaj V_c = E(1 − e^(−t/τ)) koristeći E = 10 V, τ = 1 s. Usporedi s tablicom.
• Pri t = τ (1 s), kondenzator dostiže oko 63% konačnog napona. Objasni, koristeći eksponencijalnu formulu, zašto treba mnogo više vremenskih konstanti za vrlo blizu 10 V, ali ga matematički nikad točno ne dostiže.

Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija

• Kad bi udvostručio kapacitet C (zadržavajući R isti), vremenska konstanta τ = RC bi se također udvostručila. Bi li kondenzatoru trebalo dulje ili kraće da dostigne 63% od 10 V? Zašto većem kondenzatoru treba dulje da se napuni kroz isti otpornik?
• Kondenzator bljeskalice puni se sporo (sekunde) kroz put visokog otpora, ali se pražni gotovo trenutačno kroz cijev bljeskalice (vrlo nizak otpor). Objasni, koristeći τ = RC, zašto vrijeme punjenja i pražnjenja mogu biti toliko različita za isti kondenzator.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Dobro došli u RC punjenje
2. Pritisni Pokreni
3. Odaberi kondenzator
4. Eksponencijalno punjenje
5. Otvori ploču Svojstva
6. Uspjelo ti je!

Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Otvori interaktivni laboratorij →

Preuzmi radni list →

Punjenje kondenzatora i vremenske konstante