Електромагнетизм

Плоский конденсатор

Однорідне поле E = V/d між пластинами; зчитуйте C = ε₀A/d та запасену енергію U = ½CV².

Плоский конденсатор — інтерактивне моделювання: Електромагнетизм. Однорідне поле E = V/d між пластинами; зчитуйте C = ε₀A/d та запасену енергію U = ½CV². Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Плоский конденсатор

Однорідне поле E = V/d між пластинами; зчитуйте C = ε₀A/d та запасену енергію U = ½CV².

Паралельні пластини під напругою V з розділенням d створюють майже однорідне поле E = V/d між ними (краєвим розсіюванням знехтуємо). Електроємність C = ε₀A/d та запасена енергія U = ½CV² випливають із геометрії. Натисніть «Запустити», щоб побачити пульс індикаторів заряду пластин; зчитуйте C і U на панелі властивостей.

• E = V/d
• C = ε₀A/d

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Плоский конденсатор має фіксовану геометрію (площа і зазор). Якщо збільшити напругу на ньому, запасена енергія зростає прямо пропорційно чи швидше?

Прогнози для зважування

• Енергія зростає швидше за напругу — вона залежить від квадрата напруги.
• Енергія прямо пропорційна напрузі.
• Енергія не залежить від напруги.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Напруга V (V)

Що ви вимірюєте:

• Електроємність C (pF)
• Запасений заряд Q (nC)
• Запасена енергія U (nJ)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет плоского конденсатора та натисніть «Скинути». Площа пластин = 0.05 м², розділення = 2 мм.
2. Увімкніть покази заряду та запасеної енергії.
3. Задайте напругу пластин для кожного заміру та запишіть запасений заряд і енергію.

Керівне рівняння

Електроємність плоского конденсатора — C = ε₀A/d

Дві паралельні провідні пластини, розділені зазором, запасають заряд пропорційно своїй площі та обернено до розділення: C = ε₀A/d. Запасена енергія — U = ½CV² = ½QV.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть C = ε₀A/d з A = 0.05 м², d = 0.002 м (те саме в кожному замірі), потім Q = CV та U = ½CV². Порівняйте всі три з таблицею.
• Поясніть, використовуючи U = ½CV², чому подвоєння напруги вчетверо збільшує запасену енергію, а не подвоює, — хоча запасений заряд лише подвоюється.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Електроємність C = ε₀A/d залежить лише від геометрії пластин, не від прикладеної напруги. Поясніть, чимо фізично більший конденсатор (більша A чи менша d) може запасити більше заряду за тієї самої напруги.
• Медичний дефібрилятор заряджає конденсатор до високої напруги, потім розряджає його через пацієнта за частку секунди. Використовуючи U = ½CV², поясніть, чому лікарі використовують високу напругу, а не велику електроємність, щоб швидко віддати потрібну енергію.

• AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
• IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields

1. Вітаємо в плоских пластинах
2. Виберіть конденсатор
3. Натисніть «Запустити»
4. Однорідне поле між пластинами
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Ємність