Električni krogi

Polnjenje RC

Pritisni Predvajaj — kondenzator se polni po eksponentni krivulji (τ = RC)

Polnjenje RC — interaktivna simulacija Električni krogi. Pritisni Predvajaj — kondenzator se polni po eksponentni krivulji (τ = RC) Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.

Polnjenje RC

Kondenzator se napolni eksponentno, ko krog dobi energijo. Časovna konstanta τ = RC.

Sprva je tok velik; ko se naboj kopiči, napetost kondenzatorja raste in tok pada proti nič.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Oris preiskave

Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij

Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.

Vodilno vprašanje

Kondenzator se polni skozi upornik iz baterije 10 V. Ali njegova napetost raste s konstantno hitrostjo, ali upočasni, ko se približuje napetosti baterije?

Predvidevanja za pretehtanje

• Napetost kondenzatorja raste s konstantno hitrostjo, dokler ne zadene 10 V, nato se ustavi.
• Polnjenje upočasni — kondenzator se približuje 10 V, a je v končnem času nikoli čisto ne doseže (eksponentni približek).
• Napetost kondenzatorja prestreli 10 V, preden se umiri nazaj.

Vloge spremenljivk

Kaj nastaviš:

• Čas t (s)

Kaj izmeriš:

• Časovna konstanta τ (s)
• Napetost kondenzatorja V_c (V)

Kako poteka preiskava

1. Odpri prednastavitev rc-charging in pritisni Ponastavi. R = 100 Ω, C = 0,01 F, kar da časovno konstanto τ = RC = 1 s; baterija daje 10 V.
2. Omogoči odčitek napetosti kondenzatorja.
3. Pritisni Predvajaj in zabeleži napetost kondenzatorja ob vsakem naštevanem času.

Vodilna enačba

Časovna konstanta RC — τ = R·C

Časovna konstanta τ = RC določa časovno lestvico eksponentnega odziva kroga RC. Po enem τ napolnjen kondenzator doseže približno 63 % svoje končne napetosti; po približno 5τ je v bistvu povsem napolnjen.

Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati

• Za en poskus izračunaj V_c = E(1 − e^(−t/τ)) z E = 10 V, τ = 1 s. Primerjaj s tabelo.
• Pri t = τ (1 s) kondenzator doseže približno 63 % končne napetosti. Z eksponentno formulo razloži, zakaj potrebuje še veliko časovnih konstant, da pride zelo blizu 10 V, a je matematično nikoli ne doseže točno.

Kje se to pokaže onkraj laboratorija

• Če bi podvojil kapaciteto C (z istim R), bi se časovna konstanta τ = RC prav tako podvojila. Ali bi kondenzator potreboval dlje ali krajše, da doseže 63 % od 10 V? Zakaj večji kondenzator potrebuje dlje, da se napolni skozi isti upornik?
• Kondenzator bliskavice kamere se počasi polni (sekunde) skozi pot z visokim uporom, a se izprazni skoraj takoj skozi cev bliskavice (zelo nizek upor). Z τ = RC razloži, zakaj lahko čas polnjenja in praznjenja tako različna za isti kondenzator.

• 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. Dobrodošli pri polnjenju RC
2. Pritisni Predvajaj
3. Izberi kondenzator
4. Eksponentno polnjenje
5. Odpri ploščo Lastnosti
6. Uspelo ti je!

Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.

Odpri interaktivni laboratorij →

Prenesi delovni list →

Polnjenje kondenzatorja in časovne konstante