Parallellplate-kondensator: ladning og energilagring

1 · Prediker

En parallellplate-kondensator har fast geometri (areal og gap). Hvis du øker spenningen over den, vokser den lagrede energien i direkte proporsjon, eller raskere?

• 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.

2 · Oppsett

1. Åpne parallellplate-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Plateareal = 0,05 m², avstand = 2 mm.
2. Aktiver ladnings- og lagret-energi-avlesningene.
3. Sett plate spenningen for hvert forsøk og registrer lagret ladning og energi.

3 · Samle inn data

Plott lagret energi U (y-akse) mot spenning V (x-akse) for dine tre forsøk. Er kurven rett eller bøyer den oppover?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark