Elektroķēdes

RC uzlāde

Nospied „Atskaņot“ — kondensators uzlādējas pa eksponenciālu līkni (τ = RC)

RC uzlāde — interaktīva Elektroķēdes simulācija. Nospied „Atskaņot“ — kondensators uzlādējas pa eksponenciālu līkni (τ = RC) Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

RC uzlāde

Kondensators uzlādējas eksponenciāli, kad ķēde tiek pieslēgta. Laika konstante τ = RC.

Sākumā strāva ir liela; lādiņam uzkrājoties, kondensatora spriegums ceļas, un strāva krītas pret nulli.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Kondensators uzlādējas caur rezistoru no 10 V baterijas. Vai tā spriegums ceļas nemainīgā tempā, vai tas palēninās, tam tuvojoties baterijas spriegumam?

Prognozes, ko svērt

• Kondensatora spriegums ceļas nemainīgā tempā, līdz sasniedz 10 V, tad apstājas.
• Uzlāde palēninās — kondensators tuvojas 10 V, bet nekad gluži nesasniedz to galīgā laikā (eksponenciāla pieeja).
• Kondensatora spriegums pārsniedz 10 V, pirms norimst atpakaļ.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Laiks t (s)

Ko tu mēri:

• Laika konstante τ (s)
• Kondensatora spriegums V_c (V)

Kā izpēte norit

1. Atver RC uzlādes eksperimentu un nospied Atiestatīt. R = 100 Ω, C = 0.01 F, dodot laika konstanti τ = RC = 1 s; baterija piegādā 10 V.
2. Ieslēdz kondensatora sprieguma rādījumu.
3. Nospied „Atskaņot” un ieraksti kondensatora spriegumu katrā uzskaitītajā laikā.

Noteicošais vienādojums

RC laika konstante — τ = R·C

Laika konstante τ = RC nosaka RC ķēdes eksponenciālās atbildes laika mērogu. Pēc viena τ uzlādējošs kondensators sasniedz aptuveni 63% no galīgā sprieguma; pēc aptuveni 5τ tas būtībā ir pilnīgi uzlādēts.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini V_c = E(1 − e^(−t/τ)) ar E = 10 V, τ = 1 s. Salīdzini ar tabulu.
• Pie t = τ (1 s) kondensators sasniedz aptuveni 63% no galīgā sprieguma. Izskaidro, izmantojot eksponenciālo formulu, kāpēc vajag vēl daudzas laika konstantes, lai nonāktu ļoti tuvu 10 V, bet matemātiski nekad to nesasniedz precīzi.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Ja tu dubultotu kapacitāti C (R paliekot tas pats), laika konstante τ = RC arī dubultotos. Vai kondensatoram aizņemtu ilgāk vai īsāk sasniegt 63% no 10 V? Kāpēc lielākam kondensatoram aizņem ilgāk uzlādēties caur to pašu rezistoru?
• Kameras zibspuldzes kondensators uzlādējas lēni (sekundes) caur augstas pretestības ceļu, bet izlādējas gandrīz acumirklī caur zibspuldzes lampu (ļoti zema pretestība). Izskaidro, izmantojot τ = RC, kāpēc uzlādes un izlādes laiki var būt tik atšķirīgi tam pašam kondensatoram.

• 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. Sveicināts RC uzlādes eksperimentā
2. Nospied „Atskaņot”
3. Atlasīts kondensatoru
4. Eksponenciāla uzlāde
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Kondensatora uzlāde un laika konstantes