En verklig kondensator som motsvarar en kretskomponent

1 · Förutsäg

Experimentet med rc-laddningskretsen använder en idealiserad kondensator på 0.01 F. Att bygga en verklig plattkondensator med så mycket kapacitans skulle kräva ett omöjligt litet gap i vakuum — om du inte staplar många tunna dielektrikumskikt. Ökar eller minskar fler lager den totala kapacitansen?

• Fler lager minskar kapacitansen.
• Fler lager ökar kapacitansen — det är som att stapla flera kondensatorers laddningslagring parallellt.
• Antalet lager påverkar inte kapacitansen, bara dielektrikumsmaterialet gör det.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Verklig kondensator i krets och tryck på Återställ. Denna kondensator använder ett dielektrikum med hög dielektricitetskonstant (εr = 1000) för att fysiskt förverkliga samma 0.01 F som experimentet med rc-laddningskretsen.
2. Aktivera avläsningen av kapacitansen.
3. Använd för varje försök det givna antalet lager (area, separation och εr hålls fasta på detta experiments verkliga värden) för att beräkna den resulterande kapacitansen.

3 · Samla data

Rita kapacitansen C (y-axeln) mot antalet lager N (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rät och genom origo?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök C = ε₀εrAN/d med ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (detta experiments fasta separation). Jämför med tabellen. Bekräfta att N = 1000 exakt ger den kopplade kretsens 0.01 F.
2. Förklara varför fler sammanflätade dielektrikumslager (som i en verklig flerskiktskeramisk kondensator) multiplicerar den effektiva kapacitansen, på samma sätt som kondensatorer staplade parallellt skulle göra.

5 · Utvidga

1. Verkliga 0.01 F-kondensatorer ('10,000 µF') finns som kompakta komponenter du kan hålla i handen, tack vare precis detta knep: extremt tunna, hårt rullade eller staplade lager av dielektrikum med hög permittivitet mellan enorma effektiva plattareor. Förklara varför en naiv enkelskiktskonstruktion med vakuumpgap aldrig skulle kunna åstadkomma detta i ett litet paket.
2. Denna kondensators spänning är satt för att exakt matcha batteriets EMF i experimentet med rc-laddningskretsen. Varför kan det vara användbart, när man undervisar om kondensatorer, att visa samma numeriska kapacitans byggd på två sätt — som en idealiserad kretssymbol och som en fysiskt förverkligbar flerskiktsenhet?

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik