Kondensator płaski: ładunek i magazynowanie energii

1 · Prognoza

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

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

2 · Przygotowanie

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.

3 · Zbieranie danych

Narysuj energię U (oś y) względem napięcia V (oś x) dla trzech prób. Czy krzywa jest prosta, czy zgina się w górę?

4 · Analiza

1. 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.
2. Wyjaśnij, używając U = ½CV², dlaczego podwojenie napięcia poczwórnia zmagazynowaną energię, zamiast ją podwoić — choć zmagazynowany ładunek tylko się podwaja.

5 · Rozszerzenie

1. 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.
2. 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.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu