Загальна інформація
Застосування
Конденсатори
Конденсатор - це стандартний електричний компонент. При прикладеній постійній напрузі в конденсаторі накопичується заряд, а отже, і енергія. При цьому накопичена енергія існує у формі внутрішнього електричного поля, що виникає. Кількість заряду, яку може прийняти конденсатор, залежить від його конструкції та прикладеної напруги і називається його ємністю . Справджується:
.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уміти зібрати просте електричне коло і пояснити його складники. Їм мають бути відомі поняття напруги, сили струму і заряду. Крім того, корисно, якщо вже обговорювали поняття електричних полів.
Принцип
Конденсатори можуть накопичувати електричний заряд. Якщо конденсатор з'єднати з джерелом струму, відбувається короткочасний імпульс струму, який заряджає конденсатор. Якщо заряджений конденсатор з'єднати з лампою розжарювання або іншим опором, він розряджається, і через опір протікає короткочасний струм.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою цього експерименту учні мають ознайомитися з поведінкою конденсатора в колі постійного струму. Вони мають спостерігати й описати процес заряджання та розряджання і завдяки цьому зробити висновок про призначення конденсатора.
Завдання
Досліджують, як впливає введення конденсатора в коло постійного струму, особливо під час вмикання та вимикання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Зауваження (1/2)
Заряд, накопичений конденсатором за певної напруги, залежить від його ємності, яку задають у . Зі співвідношення випливає, що конденсатор ємністю фарад може накопичити заряд , якщо його зарядити напругою . Менші одиниці - це мікрофарад , нанофарад і пікофарад .
Значення ємності зазвичай зазначене на самому конденсаторі. Що більша ємність конденсатора, то більша й кількість заряду, накопичена за тієї самої напруги.
Зауваження (1/2)
Зауваження (2/2)
Струми заряджання та розряджання мають протилежні напрямки. Оскільки рекомендовані конденсатори неполярні, або біполярні (обидва позначення вживані), при їх застосуванні не треба зважати на полярність. За умовними позначеннями, які трапляються на схемах, можна розпізнати, про який тип конденсаторів ідеться.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 1 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 1 |
| 8 | Конденсатор (ELKO) 47 мкФ, модуль DB | 09445-47 | 1 |
| 9 | Конденсатор (ELKO) 470 мкФ, модуль DB | 09446-47 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 2 |
| 12 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 13 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 14 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 15 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 16 | Перемикач, модуль DB | 09402-02 | 1 |
| 17 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка з конденсатором . Вимикач спочатку розімкнений.
- Подай постійну напругу .
Виконання (1/2)
- Переведи перемикач у положення 1 і кілька разів увімкни та вимкни вимикач. Спостерігай при цьому за лампою розжарювання і запиши результати (1).
- Замкни електричне коло вимикачем. Кілька разів перемкни перемикач і спостерігай при цьому за лампою розжарювання (2).
Виконання (2/2)
- Переведи перемикач у положення 1 і розірви електричне коло вимикачем.
- Через 1-2 секунди переведи перемикач у положення 2 і поспостерігай за лампою розжарювання. Повтори цю дію кілька разів (3).
- Заміни конденсатор на і повтори попередні кроки досліду (4).
- Заміни лампу розжарювання вимірювальним приладом. Вибери діапазон вимірювання .
- Повтори досліди спочатку з конденсатором , а потім з .
- Спостерігай за відхиленнями вимірювального приладу і запиши виміряні значення (5).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження (1/2)
- Коли перемикач переводять у положення 1 (заряджання) і замикають вимикач, лампа розжарювання короткочасно спалахує. Якщо потім кілька разів увімкнути й вимкнути вимикач, лампа розжарювання більше не спалахує.
- При кожному перемиканні перемикача лампа розжарювання коротко спалахує, щойно вимикач замкнено.
- Лампа розжарювання спалахує й тоді, коли конденсатор після заряджання від'єднують вимикачем від джерела струму, а перемикач переводять у положення 2 (розряджання) лише через кілька секунд.
Спостереження (2/2)
3. Якщо використати конденсатор із меншою ємністю, то лампа розжарювання при заряджанні
та розряджанні не спалахує.
4. Якщо замінити лампу розжарювання приладом для вимірювання струму, то він і при заряджанні, і при розряджанні показує
короткочасне відхилення; проте при заряджанні та розряджанні відхилення мають протилежні
напрямки. При використанні конденсатора з меншою ємністю відхилення
вимірювального приладу менші.
Опрацювання результатів
Конденсатори можуть накопичувати електричний заряд. Якщо конденсатор з'єднати з джерелом струму, відбувається короткочасний імпульс струму, який заряджає конденсатор. Якщо заряджений конденсатор знову з'єднати з тим джерелом струму, від якого його зарядили, він більше не може прийняти заряд; тому струм не тече.
Якщо заряджений конденсатор з'єднати з лампою розжарювання або іншим опором, він розряджається, і через опір протікає короткочасний струм. Конденсатор може зберігати заряд тривалий час, якщо він не з'єднаний зі споживачем.