Elektromagnetizmas

Tas pats C grandinėje

Ši plokštumų geometrija duoda tą patį C kaip RC kraunimo eksperimentas Grandinėse — atidaryk jį ir žiūrėk Q(t).

Tas pats C grandinėje — interaktyvi Elektromagnetizmas simuliacija. Ši plokštumų geometrija duoda tą patį C kaip RC kraunimo eksperimentas Grandinėse — atidaryk jį ir žiūrėk Q(t). Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Talpa grandinėse

Ši plokštumų geometrija duoda tą patį C kaip RC kraunimo eksperimentas Grandinėse — atidaryk jį ir žiūrėk Q(t).

Ši lygiagrečių plokštumų geometrija naudoja plotą A ir atstumą d, kad C = ε₀A/d atitiktų RC kraunimo eksperimentą Grandinėse. Perdengimo schema rodo V–R–C nuosekliai su apskaičiuota µF reikšme. Spausk Leisti ir žiūrėk, kaip kyla laukas; atidaryk susietą Grandinių eksperimentą ir pamatysi Q(t) = CV(1 − e^(−t/RC)) tam pačiam C.

• C = ε₀A/d
• Q = CV

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

„RC kraunimasis“ grandinės eksperimentas naudoja idealizuotą 0.01 F kondensatorių. Realiam lygiagrečių plokštumų kondensatoriui su tiek talpos prireiktų neįmanomai mažo tarpo vakuumui — nebent sukrautum daug plonų dielektrikos sluoksnių. Ar daugiau sluoksnių didina ar mažina bendrąją talpą?

Svarstytini spėjimai

• Daugiau sluoksnių mažina talpą.
• Daugiau sluoksnių didina talpą — tai kaip keliauti kelių kondensatorių vertę krūvio kaupimo lygiagrečiai.
• Sluoksnių skaičius neveikia talpos, tik dielektrikos medžiaga veikia.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Sluoksnių skaičius N

Ką tu matauji:

• Talpa C (mF)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Realus kondensatorius, atitinkantis grandinės komponentą“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šis kondensatorius naudoja aukšto k dielektriką (εr = 1000), kad fiziškai realizuotų tuos pačius 0.01 F kaip „RC kraunimasis“ grandinės eksperimentas.
2. Įjunk talpos rodmuo.
3. Kiekvienam bandymui naudodamas duotąjį sluoksnių skaičių (plotui, atskyrimui ir εr laikant fiksuotais šio eksperimento faktinėmis reikšmėmis) apskaičiuok gaunamąją talpą.

Valdančioji lygtis

Daugiasluoksnė talpa — C = ε₀A/d

N dielektrikos sluoksnių perdėjimas tarp plokštumų daugina vieno sluoksnio talpą iš N: C = ε₀εrAN/d. Taip realūs kondensatoriai pasiekia dideles talpos reikšmes kompaktiškame dydyje.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok C = ε₀εrAN/d naudodamas ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (šio eksperimento fiksuotas atskyrimas). Palygink su lentele. Patvirtink, kad N = 1000 tiksliai atkuria susietosios grandinės 0.01 F.
• Paaiškink, kodėl daugiau dielektrikos sluoksnių perdėjimas (kaip realus daugiasluoksnis keraminis kondensatorius) daugina efektyviąją talpą taip, kaip darytų kondensatorių kėlimas lygiagrečiai.

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Realūs 0.01 F („10,000 µF“) kondensatoriai egzistuoja kaip kompaktiški komponentai, kuriuos gali laikyti rankoje, būtent dėl šio triuko: itin ploni, sandariai susukti ar sulaižyti aukšto dielektrinio laidumo sluoksniai tarp milžiniškų efektyviųjų plokštumų plotų. Paaiškink, kodėl naivus vieno sluoksnio vakuuminio tarpo dizainas niekada nepasiektų to mažame korpuso dydyje.
• Šio kondensatoriaus įtampa nustatyta tiksliai atitikti „RC kraunimasis“ grandinės eksperimento baterijos EMF. Kodėl mokant kondensatorius gali būti naudinga rodyti tą pačią skaitinę talpą, pastatytą dviem būdais — kaip idealizuotą grandinės simbolį ir kaip fiziškai realizuojamą daugiasluoksnį įtaisą?

• 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

1. Sveiki atvykę prie to paties C grandinėje
2. Pasirink kondensatorių
3. Spausk Leisti
4. Talpa grandinėje
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Talpa