Справжній конденсатор, що відповідає компоненту кола

1 · Прогноз

Експеримент із заряджанням RC використовує ідеалізований конденсатор 0.01 F. Побудова справжнього плоского конденсатора з такою електроємністю вимагала б неможливо малого вакуумного зазору — хіба що складати багато тонких діелектричних шарів. Більше шарів збільшують чи зменшують сумарну електроємність?

• Більше шарів зменшують електроємність.
• Більше шарів збільшують електроємність — це як скласти кілька конденсаторів паралельно.
• Кількість шарів не впливає на електроємність, лише діелектричний матеріал.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет plate-same-c-in-circuit та натисніть «Скинути». Цей конденсатор використовує високок-діелектрик (εr = 1000), щоб фізично реалізувати ті самі 0.01 F, що й у колі заряджання RC.
2. Увімкніть показ електроємності.
3. Для кожного заміру використайте задану кількість шарів (площа, розділення та εr зафіксовані на фактичних значеннях цього експерименту), щоб обчислити результуючу електроємність.

3 · Збір даних

Побудуйте графік електроємності C (вісь y) проти кількості шарів N (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть C = ε₀εrAN/d з ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000, A = 0.01 м², d ≈ 8.854 µm (фіксоване розділення цього експерименту). Порівняйте з таблицею. Підтвердьте, що N = 1000 точно відтворює 0.01 F зв'язаного кола.
2. Поясніть, чому чергування більше шарів діелектрика (як у справжній багатошаровій керамічній конденсаторі) множить ефективну електроємність так само, як складання конденсаторів паралельно.

5 · Поглиблення

1. Справжні конденсатори 0.01 F («10,000 µF») існують як компактні компоненти, які можна тримати в руці, саме завдяки цьому трюку: надтонкі, щільно згорнуті або складені шари високодіелектричного матеріалу між величезними ефективними площами пластин. Поясніть, чому наївний одношаровий дизайн із вакуумним зазором ніколи б не досяг цього в малому корпусі.
2. Напруга цього конденсатора встановлена так, щоб точно відповідати ЕРС батареї експерименту заряджання RC. Чому при викладанні конденсаторів може бути корисно показати ту саму числову електроємність, побудовану двома способами — як ідеалізований символ кола і як фізично реалізований багатошаровий пристрій?

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту