Плоский конденсатор: запас заряда и энергии

1 · Прогноз

У плоского конденсатора фиксированная геометрия (площадь и зазор). Если увеличить напряжение на нём, запасённая энергия растёт прямо пропорционально или быстрее?

• Энергия растёт быстрее напряжения — она зависит от квадрата напряжения.
• Энергия прямо пропорциональна напряжению.
• Энергия не зависит от напряжения.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет parallel-plates и нажмите «Сброс». Площадь пластин = 0.05 м², зазор = 2 мм.
2. Включите показания заряда и запасённой энергии.
3. Задайте напряжение пластин для каждой пробы и запишите запасённый заряд и энергию.

3 · Сбор данных

Постройте запасённую энергию U (ось y) против напряжения V (ось x) для трёх проб. Кривая прямая или изгибается вверх?

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите C = ε₀A/d при A = 0.05 м² и d = 0.002 м (одинаково в каждой пробе), затем Q = CV и U = ½CV². Сравните все три значения с таблицей.
2. Используя U = ½CV², объясните, почему удвоение напряжения учетверяет запасённую энергию, а не удваивает её — хотя запасённый заряд лишь удваивается.

5 · Развитие

1. Ёмкость C = ε₀A/d зависит только от геометрии пластин, а не от приложенного напряжения. Объясните, почему физически больший конденсатор (больше A или меньше d) может запасти больше заряда при том же напряжении.
2. Медицинский дефибриллятор заряжает конденсатор до высокого напряжения, а затем разряжает его через пациента за долю секунды. Используя U = ½CV², объясните, почему врачи используют высокое напряжение, а не большую ёмкость, чтобы быстро передать нужную энергию.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту