Un condensator real care corespunde unei componente de circuit

1 · Prezice

Experimentul de circuit rc-charging folosește un condensator idealizat de 0.01 F. Construirea unui condensator real cu plăci paralele de atâta capacitate ar cere un gol imposibil de mic pentru vid — doar dacă nu suprapui multe straturi subțiri dielectrice. Adăugarea mai multor straturi crește sau scade capacitatea totală?

• Mai multe straturi scad capacitatea.
• Mai multe straturi cresc capacitatea — e ca stivuirea stocării de sarcină a mai multor condensatoare în paralel.
• Numărul de straturi nu afectează capacitatea, doar materialul dielectric o face.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea plate-same-c-in-circuit și apasă Resetează. Acest condensator folosește un dielectric cu k mare (εr = 1000) pentru a realiza fizic același 0.01 F ca experimentul de circuit rc-charging.
2. Activează citirea capacității.
3. Pentru fiecare încercare, folosește numărul de straturi dat (aria, separația și εr menținute fixe la valorile reale ale acestui experiment) pentru a calcula capacitatea rezultată.

3 · Colectează date

Plotează capacitatea C (axa y) în funcție de numărul de straturi N (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează C = ε₀εrAN/d folosind ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (separația fixă a acestui experiment). Compară cu tabelul. Confirmă faptul că N = 1000 reproduce exact cei 0.01 F ai circuitului legat.
2. Explică de ce intercalarea mai multor straturi de dielectric (ca un condensator ceramic multistrat real) multiplică capacitatea efectivă, la fel cum ar face-o stivuirea condensatoarelor în paralel.

5 · Extinde

1. Condensatoarele reale de 0.01 F („10.000 µF”) există ca componente compacte pe care le poți ține în mână, datorită exact acestui truc: straturi extrem de subțiri de dielectric cu permitivitate mare, strâns rulate sau stivuite, între arii efective uriașe de plăci. Explică de ce un design naiv cu un singur strat și gol de vid nu ar putea atinge asta într-un pachet mic.
2. Tensiunea acestui condensator este setată să corespundă exact EMF-ului bateriei experimentului de circuit rc-charging. De ce ar putea fi util, la predarea condensatoarelor, să arăți aceeași capacitate numerică construită în două feluri — ca simbol idealizat de circuit și ca dispozitiv multistrat realizabil fizic?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit