Kretser

RC-lading

Trykk Spill av — kondensatoren lades opp etter en eksponentiell kurve (τ = RC)

RC-lading — interaktiv Kretser-simulering. Trykk Spill av — kondensatoren lades opp etter en eksponentiell kurve (τ = RC) Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

RC-lading

En kondensator lades eksponentielt når kretsen settes under spenning. Tidskonstant τ = RC.

I begynnelsen er strømmen høy; etter hvert som ladningen bygges opp, stiger kondensatorspenningen og strømmen faller mot null.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

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 kondensator lades gjennom en motstand fra et batteri på 10 V. Stiger spenningen dens med jevn hastighet, eller sakker den ned etter hvert som den nærmer seg batterispenningen?

Prediksjoner å veie

• Kondensatorens spenning stiger med jevn hastighet til den treffer 10 V, og stopper deretter.
• Ladingen sakker ned — kondensatoren nærmer seg 10 V, men når den aldri helt i endelig tid (eksponentiell tilnærming).
• Kondensatorens spenning skyter forbi 10 V før den legger seg tilbake.

Variabelroller

Hva du setter:

• Tid t (s)

Hva du måler:

• Tidskonstant τ (s)
• Kondensatorspenning V_c (V)

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne RC-lading-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. R = 100 Ω, C = 0,01 F, noe som gir tidskonstanten τ = RC = 1 s; batteriet leverer 10 V.
2. Aktiver kondensatorspenning-avlesningen.
3. Trykk Spill av og registrer kondensatorens spenning ved hvert oppgitte tidspunkt.

Styrende likning

RC-tidskonstant — τ = R·C

Tidskonstanten τ = RC setter tidsskalaen til en RC-kretss eksponentielle respons. Etter én τ når en ladende kondensator omtrent 63 % av sluttspenningen; etter omtrent 5τ er den i praksis fulladet.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn V_c = E(1 − e^(−t/τ)) med E = 10 V, τ = 1 s. Sammenlign med tabellen.
• Ved t = τ (1 s) når kondensatoren omtrent 63 % av sluttspenningen. Forklar, med den eksponentielle formelen, hvorfor det krever mange flere tidskonstanter å komme svært nær 10 V, men aldri når den matematisk nøyaktig.

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Hvis du doblet kapasitansen C (med samme R), ville tidskonstanten τ = RC doblet seg også. Ville kondensatoren bruke lengre eller kortere tid på å nå 63 % av 10 V? Hvorfor bruker en større kondensator lengre tid på å lade gjennom den samme motstandenen?
• En kamera-blitzkondensator lades sakte (sekunder) gjennom en høyohmig bane, men utlades nesten umiddelbart gjennom blitzrøret (svært lav motstand). Forklar, med τ = RC, hvorfor ladings- og utladningstidene kan være så forskjellige for samme kondensator.

• 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. Velkommen til RC-lading
2. Trykk Spill av
3. Velg kondensatoren
4. Eksponentiell lading
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Kondensatorlading og tidskonstanter