Plattkondensator: Lagring av laddning och energi

1 · Förutsäg

En plattkondensator har fast geometri (area och gap). Om du ökar spänningen över den, växer då den lagrade energin i direkt proportion, eller snabbare?

• Den lagrade energin växer snabbare än spänningen — den beror av spänningen i kvadrat.
• Den lagrade energin är direkt proportionell mot spänningen.
• Den lagrade energin beror inte av spänningen.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Plattkondensator och tryck på Återställ. Plattarea = 0.05 m², separation = 2 mm.
2. Aktivera avläsningarna av laddning och lagrad energi.
3. Ställ in plattspänningen för varje försök och notera lagrad laddning och energi.

3 · Samla data

Rita lagrad energi U (y-axeln) mot spänningen V (x-axeln) för dina tre försök. Är kurvan rät eller böjer den uppåt?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök C = ε₀A/d med A = 0.05 m², d = 0.002 m (samma i vartenda försök), sedan Q = CV och U = ½CV². Jämför alla tre med tabellen.
2. Förklara, med U = ½CV², varför en fördubblad spänning fyrdubblar den lagrade energin i stället för att fördubbla den — även om den lagrade laddningen bara fördubblas.

5 · Utvidga

1. Kapacitansen C = ε₀A/d beror bara av plattornas geometri, inte av spänningen du lägger på. Förklara varför en fysiskt större kondensator (större A eller mindre d) kan lagra mer laddning vid samma spänning.
2. En medicinsk defibrillator laddar en kondensator till hög spänning och urladdar den sedan genom patienten på en bråkdel av en sekund. Förklara, med U = ½CV², varför läkare använder hög spänning i stället för hög kapacitans för att snabbt leverera den energi som behövs.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik