Obvody

RC nabíjanie

Stlač Prehrať — kondenzátor sa nabíja exponenciálne (τ = RC)

RC nabíjanie — interaktívna simulácia Obvody. Stlač Prehrať — kondenzátor sa nabíja exponenciálne (τ = RC) Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Nabíjanie RC

Kondenzátor sa nabíja exponenciálne, keď je obvod pod napätím. Časová konštanta τ = RC.

Spočiatku je prúd veľký; ako sa hromadí náboj, napätie kondenzátora rastie a prúd klesá k nule.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Kondenzátor sa nabíja cez rezistor z batérie 10 V. Stúpa jeho napätie konštantným tempom, alebo spomaľuje, keď sa približuje napätiu batérie?

Predikcie na zváženie

• Napätie kondenzátora stúpa konštantným tempom, kým nedosiahne 10 V, potom sa zastaví.
• Nabíjanie spomaľuje — kondenzátor sa približuje 10 V, ale nikdy ich doslova nedosiahne v konečnom čase (exponenciálne priblíženie).
• Napätie kondenzátora prestrelí 10 V pred usadením sa.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Čas t (s)

Čo meriaš:

• Časová konštanta τ (s)
• Napätie kondenzátora V_c (V)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu nabíjanie RC a stlač Resetovať. R = 100 Ω, C = 0.01 F, dáva časovú konštantu τ = RC = 1 s; batéria dodáva 10 V.
2. Zapni odčítanie napätia kondenzátora.
3. Stlač Prehrať a zaznamenaj napätie kondenzátora pri každom uvedenom čase.

Riadiaca rovnica

Časová konštanta RC — τ = R·C

Časová konštanta τ = RC určuje časové merítko exponenciálnej odozvy RC obvodu. Po jednom τ dosahuje nabíjajúci kondenzátor asi 63 % konečného napätia; po približne 5τ je v podstate plne nabitý.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Pre jeden pokus vypočítaj V_c = E(1 − e^(−t/τ)) s E = 10 V, τ = 1 s. Porovnaj s tabuľkou.
• Pri t = τ (1 s) dosahuje kondenzátor asi 63 % konečného napätia. Vysvetli pomocou exponenciálneho vzorca, prečo trvá oveľa viac časových konštánt sa dostať veľmi blízko 10 V, ale nikdy ich matematicky presne nedosiahne.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Keby si zdvojnásobil kapacitu C (s rovnakým R), zdvojnásobila by sa aj časová konštanta τ = RC. Trvalo by kondenzátoru dlhšie alebo kratšie dosiahnuť 63 % z 10 V? Prečo väčší kondenzátor trvá dlhšie nabíjať cez ten istý rezistor?
• Kondenzátor blesku fotoaparátu sa nabíja pomaly (sekundy) cez vysokoodporovú cestu, ale vybíja sa takmer okamžite cez trubicu blesku (veľmi nízky odpor). Vysvetli pomocou τ = RC, prečo čas nabíjania a vybíjania môže byť taký odlišný pre ten istý kondenzátor.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Vitaj pri nabíjaní RC
2. Stlač Prehrať
3. Vyber kondenzátor
4. Exponenciálne nabíjanie
5. Otvor panel Vlastnosti
6. Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Nabíjanie kondenzátora a časové konštanty