回路
RC 充電
再生 — コンデンサは指数曲線で充電（τ = RC）
RC 充電 — インタラクティブな回路シミュレーション。再生 — コンデンサは指数曲線で充電（τ = RC） 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。
RC充電
回路に電圧を加えるとコンデンサは指数関数的に充電します。時定数は τ = RC です。
最初は電流が大きく、電荷が蓄えられるにつれてコンデンサ電圧が上がり、電流はゼロに向かって減少します。
- τ = RC
- V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))
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
コンデンサーを10 V電池から抵抗経由で充電します。電圧は一定速度で上がるか、電池電圧に近づくにつれ遅くなるでしょうか？
検討する予測
- 電圧は一定速度で10 Vまで上がり、そこで止まります。
- 充電は遅くなります。コンデンサーは10 Vに近づきますが有限時間では完全には達しません（指数的接近）。
- 電圧は10 Vを超えてから戻ります。
可変的な役割
設定するもの：
- 時間 t (s)
測定するもの：
- 時定数 τ (s)
- コンデンサー電圧 V_c (V)
実験の進め方
- rc-charging プリセットを開いて Reset を押します。R = 100 Ω、C = 0.01 F、時定数 τ = RC = 1 s、電池は10 Vです。
- コンデンサー電圧読み出しを有効にします。
- Play を押し、各指定時刻のコンデンサー電圧を記録します。
支配方程式
RC 時定数 — τ = R·C
時定数 τ = RC はRC回路の指数応答の時間尺度です。1τ後に充電電圧は最終値の約63%、約5τ後にはほぼ満充電になります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- E = 10 V、τ = 1 s を用い V_c = E(1 − e^(−t/τ)) を計算し、表と比較します。
- t = τ（1 s）で最終電圧の約63%に達します。指数式を用い、10 Vに非常に近づくには多くの時定数が必要だが数学的には完全到達しない理由を説明します。
実験以外での活用
- C を2倍（Rは同じ）にすると τ = RC も2倍です。10 Vの63%に達する時間は長くなるか短くなるか？大きいコンデンサーが同じ抵抗を通じて充電に時間がかかる理由を説明します。
- カメラのフラッシュ用コンデンサーは高抵抗経路で数秒かけて充電し、非常に低抵抗の放電管を通じてほぼ瞬時に放電します。同じコンデンサーで充電・放電時間が大きく異なる理由を τ = RC で説明します。
- 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
- RC充電へようこそ
- 再生
- コンデンサを選択
- 指数関数的充電
- 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。