電磁気学
回路中同じの C
この平行板の形状は、回路モジュールの RC 充電プリセットと同じ C になります—開いて Q(t) を観察してください。
回路中同じの C — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。この平行板の形状は、回路モジュールの RC 充電プリセットと同じ C になります—開いて Q(t) を観察してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
回路中の静電容量
この平行板の形状は回路モジュールの RC 充電プリセットと同じ C です — 開いて Q(t) を確認してください。
この平行板の形状は回路モジュールの RC 充電プリセットと同じ C です — 開いて Q(t) を確認してください。
- C = ε₀A/d
- Q = CV
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
rc-charging 実験は理想化した0.01 Fコンデンサーを使います。同じ静電容量を真空の平行板で作るには極小間隔が必要ですが、多数の薄い誘電体層を積めば実現できます。層を増やすと合成静電容量は増えるか減るでしょうか？
検討する予測
- 層を増やすと静電容量は減ります。
- 層を増やすと静電容量が増えます。並列に複数のコンデンサーを積むように電荷蓄積が増えます。
- 層数は静電容量に影響せず、誘電体だけが決めます。
可変的な役割
設定するもの：
- 層数 N
測定するもの：
- 静電容量 C (mF)
実験の進め方
- plate-same-c-in-circuit プリセットを開いて Reset を押します。高誘電率（εr = 1000）で回路実験と同じ0.01 Fを実現します。
- 静電容量読み出しを有効にします。
- 各試行で与えられた層数を使い、面積・間隔・εr は実験値に固定して静電容量を計算します。
支配方程式
多層静電容量 — C = ε₀A/d
板の間に N 層の誘電体を挟むと単層静電容量が N 倍され、C = ε₀εrAN/d です。実コンデンサーが小型で大容量になる仕組みです。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m、εr = 1000、A = 0.01 m²、d ≈ 8.854 µm を用いて C = ε₀εrAN/d を計算します。N = 1000 で回路の0.01 Fが正確に再現されることを確認します。
- 誘電体層を交互に重ねると有効静電容量が倍増し、並列コンデンサーを積むのと同じになる理由を説明します。
実験以外での活用
- 実際の0.01 F（10,000 µF）コンデンサーは、薄く密に巻く／積む高誘電率誘電体層で小型化できます。単層真空間隔の設計では小型パッケージにできない理由を説明します。
- このコンデンサーの電圧は rc-charging 実験の電池起電力と一致します。同じ数値の静電容量を理想回路記号と実現可能な積層素子の2通りで示す教育上の利点を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- 回路中の静電容量へようこそ
- コンデンサを選択
- 再生
- 回路中の静電容量
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。