Sạc RC: Phương pháp tiếp cận theo cấp số nhân của tụ điện

1 · Dự đoán

Một tụ điện được sạc qua điện trở từ nguồn 10V. Điện áp của nó tăng với tốc độ không đổi hay chậm lại khi đạt đến điện áp pin?

• Điện áp của tụ điện tăng với tốc độ không đổi cho đến khi đạt 10 V thì dừng lại.
• Quá trình sạc chậm lại - tụ điện tiến tới 10 V nhưng không bao giờ đạt tới nó trong thời gian hữu hạn (phương pháp lũy thừa).
• Điện áp của tụ điện vượt quá 10 V trước khi ổn định trở lại.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước rc-charging và nhấn Reset. R = 100 Ω, C = 0.01 F, cho hằng số thời gian τ = RC = 1 s; nguồn cung cấp pin 10 V.
2. Cho phép đọc điện áp tụ điện.
3. Nhấn Play và ghi lại điện áp của tụ điện tại mỗi thời điểm được liệt kê.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ đồ thị điện áp tụ điện V_c (trục y) theo thời gian t (trục x) cho ba lần đọc của bạn. Đường cong có phẳng ra khi nó tiến tới 10 V không?

4 · Phân tích

1. Đối với một phép thử, hãy tính V_c = E(1 − e^(−t/τ)) sử dụng E = 10 V, τ = 1 s. So sánh với bảng.
2. Tại thời điểm t = τ (1 s), tụ điện đạt khoảng 63% điện áp cuối cùng. Giải thích, bằng cách sử dụng công thức hàm mũ, tại sao phải mất nhiều hằng số thời gian hơn để đạt đến rất gần 10 V nhưng không bao giờ đạt đến nó một cách chính xác về mặt toán học.

5 · Gia hạn

1. Nếu bạn tăng gấp đôi điện dung C (giữ R không đổi), hằng số thời gian τ = RC cũng sẽ tăng gấp đôi. Tụ điện sẽ mất nhiều thời gian hơn hay ngắn hơn để đạt 63% của 10 V? Tại sao tụ điện lớn hơn lại mất nhiều thời gian hơn để sạc qua cùng một điện trở?
2. Tụ đèn flash của máy ảnh sạc chậm (giây) qua đường có điện trở cao nhưng phóng điện gần như ngay lập tức qua ống đèn flash (điện trở rất thấp). Giải thích, sử dụng τ = RC, tại sao thời gian sạc và phóng điện có thể khác nhau như vậy đối với cùng một tụ điện.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm