Một tụ điện thực phù hợp với một thành phần mạch

1 · Dự đoán

Thí nghiệm mạch sạc RC sử dụng tụ điện 0,01 F lý tưởng hóa. Việc chế tạo một tụ điện dạng tấm song song thực sự có điện dung lớn như vậy sẽ cần một khe hở cực nhỏ cho chân không - trừ khi bạn xếp chồng nhiều lớp điện môi mỏng. Việc thêm nhiều lớp có làm tăng hay giảm tổng điện dung không?

• Nhiều lớp hơn làm giảm điện dung.
• Nhiều lớp hơn sẽ tăng điện dung - giống như xếp song song lượng điện tích lưu trữ của nhiều tụ điện.
• Số lượng lớp không ảnh hưởng đến điện dung, chỉ có vật liệu điện môi mới có.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước plate-same-c-in-circuit và nhấn Reset. Tụ điện này sử dụng chất điện môi k-cao (εr = 1000) để nhận biết về mặt vật lý 0.01 F tương tự như thí nghiệm mạch rc-charging.
2. Kích hoạt tính năng đọc điện dung.
3. Đối với mỗi lần thử, hãy sử dụng số lượng lớp đã cho (diện tích, khoảng cách và εr được giữ cố định ở các giá trị thực tế của lần thử này) để tính điện dung thu được.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ đồ thị điện dung C (trục y) theo số lớp N (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?

4 · Phân tích

1. Đối với một lần thử, hãy tính C = ε₀εrAN/d bằng cách sử dụng ε₀ = 8.854×10⁻¹² F/m, εr = 1000 , A = 0.01 m², d ≈ 8.854 µm (sự phân tách cố định của lần thử này). So sánh với bảng. Xác nhận rằng N = 1000 tái tạo chính xác 0.01 F của mạch được liên kết.
2. Giải thích tại sao việc ghép nhiều lớp điện môi hơn (như tụ gốm nhiều lớp thực sự) sẽ nhân điện dung hiệu dụng lên, giống như cách xếp các tụ điện song song.

5 · Gia hạn

1. Các tụ điện thực 0,01 F ('10.000 µF') tồn tại dưới dạng các bộ phận nhỏ gọn mà bạn có thể cầm trên tay, nhờ vào thủ thuật này: các lớp điện môi có độ thấm cao cực kỳ mỏng, được cuộn chặt hoặc xếp chồng lên nhau giữa các diện tích bản cực lớn. Giải thích tại sao thiết kế khe hở chân không một lớp đơn giản không bao giờ có thể đạt được điều này trong một gói nhỏ.
2. Điện áp của tụ điện này được thiết lập để khớp chính xác với EMF của pin trong thử nghiệm mạch sạc RC. Tại sao nó có thể hữu ích, khi dạy về tụ điện, để hiển thị cùng một điện dung số được chế tạo theo hai cách khác nhau - như một ký hiệu mạch lý tưởng hóa và như một thiết bị đa lớp có thể thực hiện được về mặt vật lý?

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm