Áramkörök

RC-töltés

Nyomd meg az Indítást — a kondenzátor exponenciális görbén töltődik (τ = RC)

RC-töltés — interaktív Áramkörök szimuláció. Nyomd meg az Indítást — a kondenzátor exponenciális görbén töltődik (τ = RC) Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.

RC-töltés

A kondenzátor exponenciálisan töltődik, amikor az áramkör energizálódik. Az időállandó τ = RC.

Kezdetben az áram nagy; ahogy a töltés felhalmozódik, a kondenzátor feszültsége nő, és az áram nulla felé csökken.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Vizsgálódási összefoglaló

Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort

Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.

Vezérlő kérdés

Egy kondenzátor ellenálláson át töltődik egy 10 V-os telepről. A feszültsége állandó ütemben nő, vagy lelassul, ahogy a telep feszültségéhez közeledik?

Mérlegelendő jóslatok

• A kondenzátor feszültsége állandó ütemben nő, amíg el nem éri a 10 V-ot, akkor megáll.
• A töltés lelassul — a kondenzátor a 10 V-hoz közeledik, de véges időben soha nem éri el pontosan (exponenciális közelítés).
• A kondenzátor feszültsége túlhaladja a 10 V-ot, mielőtt visszaállna.

Változószerepek

Amit te állítasz be:

• Idő t (s)

Amit mérsz:

• Időállandó τ (s)
• Kondenzátorfeszültség V_c (V)

Hogyan fut a vizsgálódás

1. Nyisd meg az rc-charging előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. R = 100 Ω, C = 0.01 F, ami τ = RC = 1 s időállandót ad; a telep 10 V-ot szolgáltat.
2. Engedélyezd a kondenzátorfeszültség-kijelzőt.
3. Nyomd meg az Indítást, és rögzítsd a kondenzátor feszültségét minden feltüntetett időpontban.

Vezéregyenlet

RC időállandó — τ = R·C

A τ = RC időállandó adja meg egy RC áramkör exponenciális válaszának időskáláját. Egy τ után a töltő kondenzátor a végső feszültség kb. 63%-át éri el; kb. 5τ után gyakorlatilag teljesen feltöltött.

Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal

• Egy mérésnél számítsd ki a V_c = E(1 − e^(−t/τ)) E = 10 V, τ = 1 s használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
• T = τ-nál (1 s) a kondenzátor a végső feszültség kb. 63%-át éri el. Magyarázd meg az exponenciális képlettel, miért kell sokkal több időállandó ahhoz, hogy nagyon közel kerüljön a 10 V-hoz, de matematikailag soha nem éri el pontosan.

Hol bukkan fel ez a laboron túl

• Ha megdupláznád a C kapacitást (R változatlanul), a τ = RC időállandó is megduplázódna. Több vagy kevesebb ideig tartana a kondenzátornak elérnie a 10 V 63%-át? Miért tart tovább egy nagyobb kondenzátor feltöltése ugyanazon ellenálláson át?
• Egy fényképezőgép-vaku kondenzátora lassan töltődik (másodpercek alatt) egy nagy ellenállású úton, de szinte azonnal kisülül a vakucsövön (nagyon alacsony ellenállás). Magyarázd meg a τ = RC-vel, miért lehet ugyanazon kondenzátor töltési és kisülési ideje ennyire eltérő.

• 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. Üdv az RC-töltésnél
2. Nyomd meg az Indítást
3. Válaszd ki a kondenzátort
4. Exponenciális töltés
5. Nyisd meg a Tulajdonságok panelt
6. Sikerült!

Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.

Interaktív labor megnyitása →

Munkalap letöltése →

Kondenzátor töltése és időállandók