Lygiagrečių plokštumų kondensatorius: krūvio ir energijos kaupimas

1 · Spėk

Lygiagrečių plokštumų kondensatorius turi fiksuotą geometriją (plotą ir tarpą). Jei padidinsi įtampą per jį, ar sukauptoji energija auga tiesiogiai proporcingai ar greičiau?

• Sukauptoji energija auga greičiau nei įtampa — ji priklauso nuo įtampos kvadrato.
• Sukauptoji energija tiesiogiai proporcinga įtampai.
• Sukauptoji energija nepriklauso nuo įtampos.

2 · Paruošk

1. Atidaryk „Lygiagrečių plokštumų kondensatorius“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Plokštumų plotas = 0.05 m², atskyrimas = 2 mm.
2. Įjunk krūvio ir sukauptos energijos rodmenis.
3. Nustatyk plokštumų įtampą kiekvienam bandymui ir užsirašyk sukauptą krūvį bei energiją.

3 · Rink duomenis

Braišyk sukauptąją energiją U (y ašis) prieš įtampą V (x ašis) savo trims bandymams. Ar kreivė tiesi ar lenkiasi aukštyn?

4 · Analizuok

1. Vienam bandymui apskaičiuok C = ε₀A/d naudodamas A = 0.05 m², d = 0.002 m (tas pats kiekviename bandyme), tada Q = CV ir U = ½CV². Palygink visus tris su lentele.
2. Paaiškink, naudodamas U = ½CV², kodėl įtampos padvigubinimas keturis kartus padidina sukauptąją energiją, o ne padvigubina — nors sukauptasis krūvis tik pasidvigubina.

5 · Išplėsk

1. Talpa C = ε₀A/d priklauso tik nuo plokštumų geometrijos, ne nuo to, kokią įtampą pritaikai. Paaiškink, kodėl fiziškai didesnis kondensatorius (didesnis A ar mažesnis d) gali kaupti daugiau krūvio toje pačioje įtampoje.
2. Medicininis defibriliatorius įkrauna kondensatorių aukštai įtampai, tada iškrauna jį per pacientą per sekundės dalį. Naudodamas U = ½CV² paaiškink, kodėl gydytojai naudoja aukštą įtampą, o ne didelę talpą, kad greitai pristatytų reikalingą energiją.

Fizika už šio eksperimento

← Grįžti prie eksperimento

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai