Elektromagnetisme
Parallellplate-kondensator
Homogent felt E = V/d mellom platene; avles C = ε₀A/d og lagret energi U = ½CV².
Parallellplate-kondensator — interaktiv Elektromagnetisme-simulering. Homogent felt E = V/d mellom platene; avles C = ε₀A/d og lagret energi U = ½CV². Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Parallellplate-kondensator
Homogent felt E = V/d mellom platene; avles C = ε₀A/d og lagret energi U = ½CV².
Parallellplater ved spenning V og avstand d skaper et nesten homogent felt E = V/d mellom seg (kantutjevning ignorert ved kantene). Kapasitans C = ε₀A/d og lagret energi U = ½CV² følger av geometrien. Trykk Spill av for å se plateadningsindikatorene pulsere; avles C og U i Egenskaper-panelet.
- E = V/d
- C = ε₀A/d
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En parallellplate-kondensator har fast geometri (areal og gap). Hvis du øker spenningen over den, vokser den lagrede energien i direkte proporsjon, eller raskere?
Prediksjoner å veie
- Lagret energi vokser raskere enn spenningen — den avhenger av spenningen i annen.
- Lagret energi er direkte proporsjonal med spenningen.
- Lagret energi avhenger ikke av spenningen.
Variabelroller
Hva du setter:
- Spenning V (V)
Hva du måler:
- Kapasitans C (pF)
- Lagret ladning Q (nC)
- Lagret energi U (nJ)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne parallellplate-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Plateareal = 0,05 m², avstand = 2 mm.
- Aktiver ladnings- og lagret-energi-avlesningene.
- Sett plate spenningen for hvert forsøk og registrer lagret ladning og energi.
Styrende likning
Parallellplate-kapasitans — C = ε₀A/d
To parallelle ledende plater adskilt av et gap lagrer ladning proporsjonalt med arealet deres og omvendt med separasjonen: C = ε₀A/d. Den lagrede energien er U = ½CV² = ½QV.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn C = ε₀A/d med A = 0,05 m², d = 0,002 m (samme i hvert forsøk), deretter Q = CV og U = ½CV². Sammenlign alle tre med tabellen.
- Forklar, med U = ½CV², hvorfor dobling av spenningen firdobler den lagrede energien i stedet for å doble den — selv om den lagrede ladningen bare dobler seg.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Kapasitansen C = ε₀A/d avhenger bare av platenes geometri, ikke av spenningen du påfører. Forklar hvorfor en fysisk større kondensator (større A eller mindre d) kan lagre mer ladning ved samme spenning.
- En medisinsk defibrillator lader en kondensator til høy spenning, og utlader den deretter gjennom pasienten på en brøkdel av et sekund. Med U = ½CV², forklar hvorfor leger bruker høy spenning i stedet for høy kapasitans for å levere den nødvendige energien raskt.
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- Velkommen til Parallellplater
- Velg kondensatoren
- Trykk Spill av
- Homogent felt mellom platene
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.