Nabíjanie RC: exponenciálne priblíženie kondenzátora

1 · Predikuj

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

• 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.

2 · Priprav

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.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj napätie kondenzátora V_c (os y) verzus čas t (os x) pre svoje tri odčítania. Krivka sa splošťuje, keď sa približuje 10 V?

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj V_c = E(1 − e^(−t/τ)) s E = 10 V, τ = 1 s. Porovnaj s tabuľkou.
2. 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.

5 · Rozšír

1. 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?
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky