회로 구성 요소와 일치하는 실제 커패시터

1 · 예측

rc-charging 회로 실험에서는 이상적인 0.01F 커패시터를 사용합니다. 많은 정전 용량을 갖춘 실제 parallel-plate 커패시터를 구축하려면 얇은 유전체 층을 많이 쌓지 않는 한 진공에 대해 불가능할 정도로 작은 간격이 필요합니다. 더 많은 레이어를 추가하면 총 정전 용량이 증가하거나 감소합니까?

• 레이어가 많을수록 커패시턴스가 감소합니다.
• 레이어가 많을수록 커패시턴스가 증가합니다. 이는 여러 커패시터에 해당하는 전하 저장 용량을 병렬로 쌓는 것과 같습니다.
• 레이어 수는 커패시턴스에 영향을 주지 않으며 유전체 재료에만 영향을 미칩니다.

2 · 설정

1. “동일 정전용량 적층 축전기(plate-same-c-in-circuit)” 프리셋을 열고 초기화를 누르세요. 이 축전기는 고유전율 유전체(εr = 1000)를 사용하여 rc-charging 회로 실험과 동일한 0.01 F를 물리적으로 구현합니다.
2. 커패시턴스 판독을 활성화합니다.
3. 각 시행에 대해 주어진 레이어 수(이 실험의 실제 값으로 고정된 면적, 분리 및 εr)를 사용하여 결과 정전 용량을 계산합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 정전용량 C(y축)를 층수 N(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?

4 · 분석

1. 한 시행에 대해, ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm(이 실험의 고정 간격)을 사용하여 C = ε₀εrAN/d를 계산하세요. 표와 비교하세요. N = 1000일 때 연결된 회로의 0.01 F가 정확히 재현되는지 확인하세요.
2. 커패시터를 병렬로 쌓는 것과 같은 방식으로 더 많은 유전체 층(실제 다층 세라믹 커패시터와 같은)을 삽입하면 유효 정전 용량이 배가되는 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. 실제 0.01 F(“10,000 µF”) 축전기는 손에 쥘 수 있는 소형 부품으로 존재하는데, 이는 바로 이 트릭 덕분입니다:
2. 이 커패시터의 전압은 rc-charging 회로 실험의 배터리 EMF와 정확히 일치하도록 설정됩니다. 커패시터를 가르칠 때 두 가지 다른 방식으로 만들어진 동일한 수치 커패시턴스를 이상적인 회로 기호와 물리적으로 실현 가능한 다층 장치로 표시하는 것이 왜 유용할까요?

이 실험의 물리학

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