Kapasitor Asli yang Cocok dengan Komponen Rangkaian
1 · Memprediksi
Eksperimen rangkaian pengisian rc menggunakan kapasitor 0,01 F yang diidealkan. Membangun kapasitor pelat paralel nyata dengan kapasitansi sebesar itu akan memerlukan celah yang sangat kecil untuk ruang hampa - kecuali jika Anda menumpuk banyak lapisan dielektrik tipis. Apakah menambahkan lebih banyak lapisan akan menambah atau mengurangi kapasitansi total?
- Semakin banyak lapisan menurunkan kapasitansi.
- Semakin banyak lapisan yang meningkatkan kapasitansi — ini seperti menumpuk penyimpanan muatan beberapa kapasitor secara paralel.
- Jumlah lapisan tidak mempengaruhi kapasitansi, hanya bahan dielektrik yang mempengaruhi.
2 · Pengaturan
- Buka preset plate-same-c-in-circuit dan tekan Reset. Kapasitor ini menggunakan dielektrik k-tinggi (εr = 1000 ) untuk secara fisik mewujudkan 0.01 F yang sama dengan percobaan rangkaian rc-charging.
- Aktifkan pembacaan kapasitansi.
- Untuk setiap percobaan, gunakan jumlah lapisan yang diberikan (luas, pemisahan, dan εr yang ditetapkan pada nilai aktual percobaan ini) untuk menghitung kapasitansi yang dihasilkan.
3 · Kumpulkan Data
| Jumlah lapisan N | Kapasitansi C (mF) |
|---|---|
| 500 | |
| 1000 | |
| 1500 |
Plot kapasitansi C (sumbu y) terhadap jumlah lapisan N (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung C = ε₀εrAN/d menggunakan ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000 , A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (pemisahan tetap pada percobaan ini). Bandingkan dengan tabel. Konfirmasikan bahwa N = 1000 mereproduksi 0.01 F sirkuit tertaut dengan tepat.
- Jelaskan mengapa menyisipkan lebih banyak lapisan dielektrik (seperti kapasitor keramik multilapis asli) akan melipatgandakan kapasitansi efektif, seperti halnya menumpuk kapasitor secara paralel.
5 · Perluas
- Kapasitor nyata 0,01 F ('10.000 µF') hadir sebagai komponen ringkas yang dapat Anda pegang, berkat trik ini: lapisan dielektrik dengan permitivitas tinggi yang sangat tipis, digulung rapat, atau ditumpuk di antara area pelat efektif yang sangat besar. Jelaskan mengapa desain celah vakum satu lapis yang naif tidak akan pernah bisa mencapai hal ini dalam kemasan kecil.
- Tegangan kapasitor ini diatur agar sama persis dengan EMF baterai percobaan rangkaian pengisian rc. Mengapa berguna, ketika mengajarkan kapasitor, untuk menunjukkan kapasitansi numerik yang sama yang dibangun dengan dua cara berbeda — sebagai simbol rangkaian yang diidealkan dan sebagai perangkat multilayer yang dapat direalisasikan secara fisik?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Kapasitansi Multilapis
Menyisipkan N lapisan dielektrik di antara pelat mengalikan kapasitansi lapisan tunggal dengan N: C = ε₀εrAN/d. Beginilah cara kapasitor sebenarnya mencapai nilai kapasitansi besar dalam ukuran yang ringkas.