Elektromagnetyzm

Kondensator płaski

Pole jednorodne E = V/d między płytami; odczytaj C = ε₀A/d i magazynowaną energię U = ½CV².

Kondensator płaski — interaktywna symulacja: Elektromagnetyzm. Pole jednorodne E = V/d między płytami; odczytaj C = ε₀A/d i magazynowaną energię U = ½CV². Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Kondensator płaski

Jednorodne pole E = V/d między okładkami; odczytaj C = ε₀A/d i zmagazynowaną energię U = ½CV².

Okładki równoległe przy napięciu V i odstępie d tworzą między sobą niemal jednorodne pole E = V/d (ignorując krawędzie). Pojemność C = ε₀A/d i zmagazynowana energia U = ½CV² wynikają z geometrii. Naciśnij Odtwórz, by zobaczyć pulsowanie wskaźników ładunku okładek; C i U odczytaj w panelu właściwości.

• E = V/d
• C = ε₀A/d

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Kondensator płaski ma stałą geometrię (pole i szczelinę). Jeśli zwiększysz napięcie na nim, magazynowana energia rośnie wprost proporcjonalnie czy szybciej?

Prognozy do rozważenia

• Energia rośnie szybciej niż napięcie — zależy od napięcia do kwadratu.
• Energia jest wprost proporcjonalna do napięcia.
• Energia nie zależy od napięcia.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Napięcie V (V)

Co mierzysz:

• Pojemność C (pF)
• Ładunek Q (nC)
• Energia U (nJ)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset parallel-plates i naciśnij Reset. Powierzchnia okładek = 0.05 m², odstęp = 2 mm.
2. Włącz odczyty ładunku i magazynowanej energii.
3. Ustaw napięcie płyt dla każdej próby i zapisz magazynowany ładunek i energię.

Równanie rządzące

Pojemność kondensatora płaskiego — C = ε₀A/d

Dwie równoległe przewodzące okładki w odstępie magazynują ładunek proporcjonalnie do swojej powierzchni i odwrotnie proporcjonalnie do odstępu: C = ε₀A/d. Zmagazynowana energia to U = ½CV² = ½QV.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz C = ε₀A/d przy A = 0.05 m²; d = 0.002 m (tak samo w każdej próbie), a potem Q = CV i U = ½CV². Porównaj wszystkie trzy z tabelą.
• Wyjaśnij, używając U = ½CV², dlaczego podwojenie napięcia poczwórnia zmagazynowaną energię, zamiast ją podwoić — choć zmagazynowany ładunek tylko się podwaja.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Pojemność C = ε₀A/d zależy tylko od geometrii okładek, nie od przyłożonego napięcia. Wyjaśnij, dlaczego fizycznie większy kondensator (większe A lub mniejsze d) może zmagazynować więcej ładunku przy tym samym napięciu.
• Medyczny defibrylator ładuje kondensator do wysokiego napięcia, a potem rozładowuje go przez pacjenta w ułamku sekundy. Używając U = ½CV², wyjaśnij, dlaczego lekarze używają wysokiego napięcia, a nie dużej pojemności, by szybko dostarczyć potrzebną energię.

• 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

1. Witamy w płytach równoległych
2. Zaznacz kondensator
3. Naciśnij Play
4. Pole jednorodne między płytami
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Pojemność