Загальна інформація
Застосування
Для конденсаторів є багато застосувань. Конденсатор складається з двох провідних поверхонь, розділених ізолювальним матеріалом. За його допомогою можна накопичувати енергію, а потім і віддавати її.
Так, наприклад, у сучасних велосипедних ліхтарях. При цьому конденсатор заряджається під час їзди, а коли доводиться зупинитися на світлофорі, він розряджається, і ліхтар світить далі навіть на місці.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Передбачається, що учням відомо: конденсатор може накопичувати заряд. Для розуміння -ланки слід також знати, як користуватися відповідними одиницями і .
Принцип
Конденсатори мають характерну криву зарядки та розрядки, яку в цьому досліді досліджують кількісно.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді слід простежити процес заряджання та розряджання конденсатора.
Завдання
Учні досліджують зміну напруги на конденсаторі під час процесів зарядки та розрядки, а також від яких величин і яким чином залежить швидкість, з якою відбуваються ці процеси.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Зауваження
ADM 2 має дуже високий внутрішній опір і тому практично не впливає на процеси зарядки та розрядки. Якщо використовують інший вимірювальний прилад із меншим внутрішнім опором, слід врахувати, що його внутрішній опір разом з опором зарядки утворює дільник напруги. Тому напруга на конденсаторі навіть після як завгодно тривалого часу зарядки може досягти лише значення , яке визначається дільником напруги.
Під час розрядки внутрішній опір розташований паралельно до конденсатора, тому вимірювальний прилад скорочує процес розрядки.
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 | 3 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 5 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 3 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 2 |
| 6 | Перемикач, модуль DB | 09402-02 | 1 |
| 7 | Опір 47 кОм, модуль DB | 09415-47 | 1 |
| 8 | Конденсатор (ELKO) 47 мкФ, модуль DB | 09445-47 | 1 |
| 9 | Конденсатор (ELKO) 100 мкФ, модуль DB | 09446-10 | 1 |
| 10 | Конденсатор (ELKO) 470 мкФ, модуль DB | 09446-47 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 2 |
| 12 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 2 |
| 13 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 14 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 15 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 16 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка.
- Демонстраційний секундомір слід розмістити безпосередньо поряд із вимірювачем напруги, щоб полегшити одночасне зчитування часу й напруги.
- Спершу переведи перемикач у положення 2 (розрядка) і встанови на вимірювачі напруги межу вимірювання .
Виконання (1/2)
- Увімкни блок живлення і встанови напругу .
- Переведи перемикач з положення 2 у положення 1 і одночасно запусти секундомір.
- Зчитуй значення напруги під час зарядки з проміжками 5 секунд і відповідно записуй їх.
- Коли напруга помітно перестане зростати, переведи перемикач з положення 1 у положення 2 і одночасно запусти секундомір.
- Зчитуй напругу через однакові проміжки часу і записуй відповідні значення.
Виконання (2/2)
- Встав конденсатор ємністю замість конденсатора на . Виміряй при заряджанні час, за який напруга зростає від до .
- Виміряй при розряджанні час, за який напруга спадає від до . Запиши результати вимірювань.
- Повтори вимірювання з конденсатором .
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Можна спостерігати такі часи для процесів зарядки та розрядки:
Опрацювання результатів (1/3)
- Як видно з діаграми «напруга - час» процесів зарядки та розрядки, під час зарядки напруга на конденсаторі спочатку зростає дуже швидко. Чим більше напруга на конденсаторі наближається до прикладеної напруги , тим менший приріст напруги за той самий проміжок часу.
- Під час розрядки напруга на конденсаторі спочатку спадає дуже швидко, а потім дедалі повільніше наближається до значення нуль. Між часом і напругою при зарядці та розрядці конденсатора немає лінійних залежностей.
Опрацювання результатів (2/3)
Після сталої часу напруга спадає до значення . При цьому - основа натуральних логарифмів.
Сталу часу називають сталою часу τ RC-кола. У цьому досліді секунди. Після цього часу напруга становить лише свого початкового значення, тобто .
Графічне зображення виміряних значень дає в доброму збігу для сталої часу значення . Для процесу зарядки справджується:
Опрацювання результатів (3/3)
Обчислені сталі часу наведено у відповідних таблицях.
