Elektros grandinės

RC kraunimas

Spausk Leisti — kondensatorius kraunasi eksponentine kreive (τ = RC)

RC kraunimas — interaktyvi Elektros grandinės simuliacija. Spausk Leisti — kondensatorius kraunasi eksponentine kreive (τ = RC) Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

RC kraunimasis

Kondensatorius kraunasi eksponentiškai, kai grandinė įsijungia. Laiko konstanta τ = RC.

Iš pradžių srovė didelė; krūviui augant, kondensatoriaus įtampa kyla, o srovė krenta link nulio.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

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

Kondensatorius kraunasi per rezistorių nuo 10 V baterijos. Ar jo įtampa kyla pastoviu tempu, ar lėtėja jam artėjant prie baterijos įtampos?

Svarstytini spėjimai

• Kondensatoriaus įtampa kyla pastoviu tempu, kol pasiekia 10 V, tada stoja.
• Kraunimasis lėtėja — kondensatorius artėja prie 10 V, bet niekada visiškai jų nepasiekia baigtiniame laike (eksponentinis artėjimas).
• Kondensatoriaus įtampa peršoka 10 V prieš nusistovėdama.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Laikas t (s)

Ką tu matauji:

• Laiko konstanta τ (s)
• Kondensatoriaus įtampa V_c (V)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „RC kraunimasis“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. R = 100 Ω, C = 0.01 F, duodantys laiko konstantą τ = RC = 1 s; baterija tiekia 10 V.
2. Įjunk kondensatoriaus įtampos rodmuo.
3. Spausk Leisti ir užsirašyk kondensatoriaus įtampą kiekvienu nurodytu laiku.

Valdančioji lygtis

RC laiko konstanta — τ = R·C

Laiko konstanta τ = RC nustato RC grandinies eksponentinio atsako laiko mastelį. Po vieno τ kraunantis kondensatorius pasiekia maždaug 63 % galutinės įtampos; po maždaug 5τ jis iš esmės pilnai įkrautas.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok V_c = E(1 − e^(−t/τ)) naudodamas E = 10 V, τ = 1 s. Palygink su lentele.
• Esant t = τ (1 s), kondensatorius pasiekia maždaug 63 % galutinės įtampos. Paaiškink, naudodamas eksponentinę formulę, kodėl reikia dar daug laiko konstantų, kad labai priartėtum prie 10 V, bet matematiškai niekada jų tiksliai nepasieki.

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Jei padvigubintum talpą C (R palikdamas tą patį), laiko konstanta τ = RC irgi pasidvigubintų. Ar kondensatoriui reikėtų ilgiau ar trumpiau pasiekti 63 % nuo 10 V? Kodėl didesnis kondensatorius kraunasi ilgiau per tą patį rezistorių?
• Fotoaparato blykstės kondensatorius kraunasi lėtai (sekundėmis) per didelės varžos kelią, bet išsikrauna beveik akimirksniu per blykstės lempą (labai maža varža). Paaiškink, naudodamas τ = RC, kodėl įkrovimo ir iškrovimo laikai gali taip smarkiai skirtis tam pačiam kondensatoriui.

• 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

1. Sveiki atvykę prie RC kraunimo
2. Spausk Leisti
3. Pasirink kondensatorių
4. Eksponentinis kraunimasis
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 →

Kondensatoriaus įkrovimas ir laiko konstantos