Заряджання та розряджання конденсатора з Cobra SMARTsense

Велосипедні ліхтарі з конденсаторами світять і далі, коли зупиняєшся.

Конденсатори мають багато застосувань. Конденсатор складається з двох провідних поверхонь, розділених ізоляційним матеріалом. За його допомогою можна накопичувати енергію, а потім знову її віддавати. Так, наприклад, у сучасних велосипедних ліхтарях. При цьому конденсатор заряджається під час їзди, а коли доводиться зупинитися на світлофорі, він розряджається і ліхтар може світити далі.

Як саме конденсатор заряджається та розряджається, досліджують тут у досліді.

Попередні знання

Передбачається, що учням відомо: конденсатор може накопичувати заряд. Для розуміння -ланки слід також знати, як користуватися відповідними одиницями - омом і фарадом.

Вказівка

Дослід можна також розширити модулями з більшими значеннями опору і меншими значеннями ємності. Тоді помітнішими стають шум і обмежена роздільна здатність датчика.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Конденсатори складаються в принципі з двох електропровідних поверхонь - електродів, розділених ізоляційним матеріалом, діелектриком. Значення ємності визначається площею електродів, матеріалом діелектрика і відстанню між електродами. Електроди й діелектрик можуть бути згорнуті в рулон або з'єднані паралельно у вигляді стопки.

iOS

Android

Windows

• Склади дослід відповідно до оглядового фото і схеми.
• Спочатку переведи перемикач у положення (1).
• Установи на блоці живлення приблизно 12 В, обмеження струму - на лівий упор, потім увімкни блок живлення.

Схема

• Плюс і мінус з'єднують із блоком живлення.
• Перемикач спочатку стоїть у положенні (1), а потім його перемикають між положеннями (1) і (2), причому конденсатор через опір поперемінно заряджається і розряджається.
• Для використовують модуль 50 Ом або 100 Ом, для - модуль 470 мкФ або 100 мкФ.

Вікно вимірювання

• Увімкни обидва датчики SMARTsense і відкрий PHYWE measureAPP.
• Тепер, увімкнувши Bluetooth, з'єднай планшет із датчиками.
• Вибери датчики "Current" і "Voltage" у розділі "Measure" у measureAPP.
• Вибери частоту дискретизації на свій розсуд. Що вона вища, то точнішим буде вимірювання.
• Признач осі Y напругу і силу струму .
• Записування результатів вимірювання в measureApp.

Вікно вимірювання

• Кілька разів перемкни перемикач туди й назад. Тоді дані наживо мають виглядати так, як на рисунку.
• Заверши вимірювання, збережи результати для подальшого аналізу і відкрий їх у розділі "мої вимірювання".
• У такий спосіб виконай вимірювання для чотирьох комбінацій і :
  • 470 мкФ і 50 Ом,
  • 470 мкФ і 100 Ом,
  • 100 мкФ і 50 Ом,
  • 100 мкФ і 100 Ом.

Вікно вимірювання

Уяви собі, у яких ділянках кривої вимірювання перемикач був у положенні (1) (розряджання конденсатора) або в положенні (2) (заряджання конденсатора). Збільш початок тієї ділянки кривої вимірювання, яка відповідає процесу заряджання, функцією "Zoom". Спробуй отримати зображення, як на рисунку.

Для опрацювання кривих скористайся інструментом «Вимірювання».

Час напівзміни струму

1. Визнач максимальну силу струму, що тече, і максимальну напругу на конденсаторі та внеси ці значення до таблиці результатів вимірювань.Під «часом напівзміни» звичайно розуміють час, який минає, доки фізична величина не спаде до половини свого початкового значення. Тут ми розуміємо під цим також час, після якого відстань фізичної величини від кінцевого значення зменшилась удвічі, - тут напруга на конденсаторі порівняно з її максимальним значенням.

1. Через який час сила струму спала вдвічі? Через який час напруга на конденсаторі зросла до половини максимальної напруги? Визнач ці часи напівзміни і внеси їх до таблиці результатів вимірювань.
2. Дослідь у такий самий спосіб процес розряджання і доповни таблицю результатів вимірювань. Порівняй часи напівзміни.