วงจรไฟฟ้า

การประจุ RC

กดเล่น — ตัวเก็บประจุชาร์จตามเส้นโค้งเอกซ์โพเนนเชียล (τ = RC)

การประจุ RC — การจำลองวงจรไฟฟ้าแบบโต้ตอบ กดเล่น — ตัวเก็บประจุชาร์จตามเส้นโค้งเอกซ์โพเนนเชียล (τ = RC) ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

การชาร์จ RC

ตัวเก็บประจุจะชาร์จแบบเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อวงจรมีพลังงาน ค่าคงที่เวลา τ = RC

ในตอนแรกกระแสสูง เมื่อประจุสะสมมากขึ้น แรงดันตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นและกระแสลดลงสู่ศูนย์

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

ตัวเก็บประจุชาร์จผ่านตัวต้านทานจากแบตเตอรี่ 10 V แรงดันของมันเพิ่มด้วยอัตราคงที่ หรือช้าลงเมื่อเข้าใกล้แรงดันแบตเตอรี่

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• แรงดันตัวเก็บประจุเพิ่มด้วยอัตราคงที่จนถึง 10 V แล้วหยุด
• การชาร์จช้าลง — ตัวเก็บประจุเข้าใกล้ 10 V แต่ไม่ถึงพอดีในเวลาจำกัด (การเข้าใกล้แบบเอกซ์โพเนนเชียล)
• แรงดันตัวเก็บประจุพุ่งเกิน 10 V ก่อนตกกลับมา

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• เวลา t (s)

สิ่งที่คุณวัด:

• ค่าคงที่เวลา τ (s)
• แรงดันตัวเก็บประจุ V_c (V)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดพรีเซ็ท rc-charging แล้วกดรีเซ็ต R = 100 Ω, C = 0.01 F ให้ค่าคงที่เวลา τ = RC = 1 s แบตเตอรี่จ่าย 10 V
2. เปิดค่าแสดงแรงดันตัวเก็บประจุ
3. กดเล่นแล้วบันทึกแรงดันตัวเก็บประจุที่เวลาที่ระบุแต่ละค่า

สมการควบคุม

ค่าคงที่เวลา RC — τ = R·C

ค่าคงที่เวลา τ = RC กำหนดสเกลเวลาของการตอบสนองเอกซ์โพเนนเชียลของวงจร RC หลังผ่านไปหนึ่ง τ ตัวเก็บประจุที่กำลังชาร์จไปถึงราว 63% ของแรงดันสุดท้าย และหลังราว 5τ ถือว่าเต็มเกือบสนิท

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ V_c = E(1 − e^(−t/τ)) โดยใช้ E = 10 V, τ = 1 s เทียบกับตาราง
• ที่ t = τ (1 s) ตัวเก็บประจุไปถึงราว 63% ของแรงดันสุดท้าย จงใช้สูตรเอกซ์โพเนนเชียลอธิบายว่าทำไมจึงต้องใช้ค่าคงที่เวลาอีกหลายเท่าจึงเข้าใกล้ 10 V มาก แต่ไม่มีวันถึงพอดีทางคณิตศาสตร์

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• ถ้าเพิ่มค่าความจุ C เป็นสองเท่า (R เดิม) ค่าคงที่เวลา τ = RC ก็เพิ่มเป็นสองเท่าด้วย ตัวเก็บประจุจะใช้เวลามากหรือน้อยกว่าที่จะไปถึง 63% ของ 10 V และทำไมตัวเก็บประจุที่ใหญ่กว่าจึงชาร์จนานกว่าผ่านตัวต้านทานเดิม
• ตัวเก็บประจุไฟแฟลชกล้องชาร์จช้า (หลายวินาที) ผ่านเส้นทางความต้านทานสูง แต่คายประจุเกือบทันทีผ่านหลอดแฟลช (ความต้านทานต่ำมาก) จงใช้ τ = RC อธิบายว่าทำไมเวลาชาร์จกับคายประจุของตัวเก็บประจุเดียวกันจึงต่างกันมาก

• 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. ยินดีต้อนรับสู่ การชาร์จ RC
2. กดเล่น
3. เลือกตัวเก็บประจุ
4. การชาร์จแบบเอกซ์โพเนนเชียล
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. คุณทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

การชาร์จตัวเก็บประจุกับค่าคงที่เวลา