Síkkondenzátor: töltés- és energiatárolás

1 · Jóslás

Egy síkkondenzátor rögzített geometriájú (felület és rés). Ha megnöveled a rajta lévő feszültséget, a tárolt energia közvetlenül arányosan nő, vagy gyorsabban?

• A tárolt energia gyorsabban nő, mint a feszültség — a feszültség négyzetétől függ.
• A tárolt energia közvetlenül arányos a feszültséggel.
• A tárolt energia nem függ a feszültségtől.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a parallel-plates előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Lemezfelület = 0.05 m², szeparáció = 2 mm.
2. Engedélyezd a töltés- és tárolt-energia-kijelzőket.
3. Állítsd be a lemezfeszültséget minden mérésnél, és rögzítsd a tárolt töltést és energiát.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a tárolt U energiát (y-tengely) a V feszültséggel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes a görbe, vagy felfelé hajlik?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a C = ε₀A/d-t A = 0.05 m², d = 0.002 m használatával (minden mérésben ugyanaz), majd Q = CV és U = ½CV². Hasonlítsd mindhármat a táblázathoz.
2. Magyarázd meg az U = ½CV²-vel, miért négyezerezi a feszültség megduplázása a tárolt energiát a megduplázás helyett — noha a tárolt töltés csak megduplázódik.

5 · Kiterjesztés

1. A C = ε₀A/d kapacitás csak a lemezek geometriájától függ, nem attól, milyen feszültséget kapcsol rá. Magyarázd meg, miért tud több töltést tárolni ugyanazon feszültségen egy fizikailag nagyobb kondenzátor (nagyobb A vagy kisebb d).
2. Egy orvosi defibrillátor magas feszültségre tölt egy kondenzátort, majd egy másodperc töredéke alatt a betegen keresztül üríti. Az U = ½CV²-vel magyarázd meg, miért használnak az orvosok magas feszültséget, nem nagy kapacitást, hogy a szükséges energiát gyorsan leadják.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap