Încărcarea RC: abordarea exponențială a unui condensator

1 · Prezice

Un condensator se încarcă printr-un rezistor de la o baterie de 10 V. Tensiunea lui urcă cu rată constantă sau încetinește pe măsură ce se apropie de tensiunea bateriei?

• Tensiunea condensatorului urcă cu rată constantă până atinge 10 V, apoi se oprește.
• Încărcarea încetinește — condensatorul se apropie de 10 V, dar nu-l atinge niciodată exact în timp finit (abordare exponențială).
• Tensiunea condensatorului depășește 10 V înainte să se stabilizeze.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea rc-charging și apasă Resetează. R = 100 Ω, C = 0.01 F, dând o constantă de timp τ = RC = 1 s; bateria furnizează 10 V.
2. Activează citirea tensiunii condensatorului.
3. Apasă Pornește și înregistrează tensiunea condensatorului la fiecare timp listat.

3 · Colectează date

Plotează tensiunea condensatorului V_c (axa y) în funcție de timpul t (axa x) pentru cele trei citiri. Se aplatizează curba pe măsură ce se apropie de 10 V?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează V_c = E(1 − e^(−t/τ)) folosind E = 10 V, τ = 1 s. Compară cu tabelul.
2. La t = τ (1 s), condensatorul atinge aproximativ 63% din tensiunea finală. Explică, folosind formula exponențială, de ce îi trebuie multe alte constante de timp să ajungă foarte aproape de 10 V, dar nu-l atinge matematic niciodată exact.

5 · Extinde

1. Dacă ai dubla capacitatea C (păstrând R același), constanta de timp τ = RC s-ar dubla și ea. Condensatorul ar avea nevoie de mai mult sau mai puțin timp să atingă 63% din 10 V? De ce îi trebuie unui condensator mai mare mai mult timp să se încarce prin același rezistor?
2. Un condensator de blitz foto se încarcă încet (secunde) printr-o cale cu rezistență mare, dar se descarcă aproape instantaneu prin tubul de blitz (rezistență foarte mică). Explică, folosind τ = RC, de ce timpii de încărcare și descărcare pot fi atât de difericiți pentru același condensator.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit