Realus kondensatorius, atitinkantis grandinės komponentą

1 · Spėk

„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?

• 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.

2 · Paruošk

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.

3 · Rink duomenis

Braišyk talpą C (y ašis) prieš sluoksnių skaičių N (x ašis) savo trims bandymams. Ar linija tiesė pro pradžią?

4 · Analizuok

1. 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.
2. Paaiškink, kodėl daugiau dielektrikos sluoksnių perdėjimas (kaip realus daugiasluoksnis keraminis kondensatorius) daugina efektyviąją talpą taip, kaip darytų kondensatorių kėlimas lygiagrečiai.

5 · Išplėsk

1. 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.
2. 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?

Fizika už šio eksperimento

← Grįžti prie eksperimento

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai