Плоский конденсатор: заряд і запасання енергії

1 · Прогноз

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

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

2 · Установка

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.

3 · Збір даних

Побудуйте графік запасеної енергії U (вісь y) проти напруги V (вісь x) для трьох замірів. Крива пряма чи згинається вгору?

4 · Аналіз

1. 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.
2. Поясніть, використовуючи U = ½CV², чому подвоєння напруги вчетверо збільшує запасену енергію, а не подвоює, — хоча запасений заряд лише подвоюється.

5 · Поглиблення

1. 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.
2. 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.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту