Valódi kondenzátor, amely áramköri alkatrésznek felel meg

1 · Jóslás

Az rc-charging áramköri kísérlet idealizált 0.01 F-os kondenzátort használ. Ennyi kapacitású valódi síkkondenzátor építéséhez vákuumban lehetetlenül kis rés kellene — hacsak nem halmozol sok vékony dielektrikum-réteget. Több réteg hozzáadása növeli vagy csökkenti a teljes kapacitást?

• Több réteg csökkenti a kapacitást.
• Több réteg növeli a kapacitást — olyan, mintha több kondenzátor töltéstárolását halmoznád párhuzamosan.
• A rétegszám nem befolyásolja a kapacitást, csak a dielektrikum anyaga.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a plate-same-c-in-circuit előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Ez a kondenzátor nagy k-jú dielektrikumot (εr = 1000) használ, hogy fizikailag megvalósítsa ugyanazt a 0.01 F-ot, mint az rc-charging áramköri kísérlet.
2. Engedélyezd a kapacitás-kijelzőt.
3. Minden mérésnél használd az adott rétegszámot (a felület, a szeparáció és az εr e kísérlet tényleges értékein rögzítve) az eredő kapacitás kiszámításához.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a C kapacitást (y-tengely) az N rétegszámmal (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal az origón át?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a C = ε₀εrAN/d-t ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (e kísérlet rögzített szeparációja) használatával. Hasonlítsd a táblázathoz. Erősítsd meg, hogy az N = 1000 pontosan reprodukálja a kapcsolt áramkör 0.01 F-ját.
2. Magyarázd meg, miért szorzózza meg a hatékony kapacitást több dielektrikum-réteg beékelése (mint egy valódi többrétegű kerámia kondenzátor), ugyanúgy, mint párhuzamosan halmozott kondenzátorok.

5 · Kiterjesztés

1. Valódi 0.01 F-os („10 000 µF”) kondenzátorok léteznek kézben tartható, kompakt alkatrészként, pontosan ezzel a trükkel: rendkívül vékony, szorosan felcsavart vagy halmozott, nagy permittivitású dielektrikum-rétegek hatalmas hatékony lemezfelületek között. Magyarázd meg, miért soha nem érhetné el ezt egy naiv egyrétegű vákuumréses kialakítás kis helyen.
2. Ennek a kondenzátornak a feszültségét pontosan az rc-charging áramköri kísérlet telep-EMF-jéhez igazították. Miért lehet hasznos a kondenzátorok tanításánál megmutatni ugyanazt a numerikus kapacitást két féle képpen felépítve — idealizált áramköri szimbólumként és fizikailag megvalósítható többrétegű eszközként?

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap