RC uzlāde: kondensatora eksponenciālā pieeja

1 · Prognozē

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

• 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.

2 · Iestati

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.

3 · Vāc datus

Zīmē kondensatora spriegumu V_c (y ass) pret laiku t (x ass) saviem trim rādījumiem. Vai līkne izlīdzinās, tai tuvojoties 10 V?

4 · Analizē

1. Vienam mēģinājumam izrēķini V_c = E(1 − e^(−t/τ)) ar E = 10 V, τ = 1 s. Salīdzini ar tabulu.
2. 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.

5 · Paplašina

1. 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?
2. 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.

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas