ตัวเก็บประจุจริงที่ตรงกับองค์ประกอบวงจร

1 · ทำนาย

การทดลองวงจร rc-charging ใช้ตัวเก็บประจุอุดมคติ 0.01 F การสร้างตัวเก็บประจุแผ่นคู่ขนานจริงที่ความจุเท่านี้ต้องการช่องว่างเล็กเกินจะเป็นไปได้หากเป็นสุญญากาศ — เว้นแต่ซ้อนชั้นไดอิเล็กทริกบาง ๆ หลายชั้น การเพิ่มชั้นเพิ่มหรือลดความจุรวม

• ชั้นมากกว่าลดความจุ
• ชั้นมากกว่าเพิ่มความจุ — เหมือนซ้อนการเก็บประจุของหลายตัวแบบขนาน
• จำนวนชั้นไม่กระทบความจุ มีแต่วัสดุไดอิเล็กทริก

2 · จัดเตรียม

1. เปิดพรีเซ็ท plate-same-c-in-circuit แล้วกดรีเซ็ต ตัวเก็บประจุนี้ใช้ฉนวนค่า k สูง (εr = 1000) เพื่อสร้างค่า 0.01 F เดียวกันกับการทดลองวงจร rc-charging ขึ้นจริง
2. เปิดค่าแสดงความจุไฟฟ้า
3. สำหรับแต่ละรอบ ใช้จำนวนชั้นที่กำหนด (พื้นที่ ระยะห่าง และ εr คงที่ตามค่าจริงของการทดลองนี้) คำนวณความจุที่ได้

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตความจุ C (แกน y) กับจำนวนชั้น N (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงผ่านจุดกำเนิดหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ C = ε₀εrAN/d โดยใช้ ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (ระยะห่างคงที่ของการทดลองนี้) เทียบกับตาราง และยืนยันว่า N = 1000 ให้ค่า 0.01 F ของวงจรที่เชื่อมโยงพอดี
2. อธิบายว่าเหตุใดการสอดชั้นไดอิเล็กทริกเพิ่ม (เหมือนตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้นจริง) จึงคูณความจุที่ได้ผล แบบเดียวกับการต่อตัวเก็บประจุขนานกัน

5 · ต่อยอด

1. ตัวเก็บประจุ 0.01 F (‘10,000 µF’) จริงมีอยู่เป็นชิ้นส่วนกะทัดรัดที่ถือได้ ด้วยเทคนิคนี้พอดี ชั้นไดอิเล็กทริกค่าความยินยอมสูงที่บางมากม้วนหรือซ้อนแน่น ระหว่างพื้นที่แผ่นที่ได้ผลมหาศาล อธิบายว่าเหตุในแบบชั้นเดียวช่องว่างสุญญากาศแบบไร้เดียงสาจึงทำสิ่งนี้ในแพ็กเกจเล็กไม่ได้เลย
2. แรงดันของตัวเก็บประจุนี้ตั้งให้เท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในการทดลอง rc-charging พอดี เหตุใดการแสดงความจุตัวเลขเดียวกันสองวิธี — เป็นสัญลักษณ์วงจรอุดมคติและเป็นอุปกรณ์หลายชั้นที่สร้างได้จริง — จึงมีประโยชน์ในการสอนเรื่องตัวเก็บประจุ

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง