Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
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. Конденсатор заряджається під час їзди, а коли доводиться зупинитися на світлофорі, він знову розряджається, і ліхтар може світити далі.
Як саме електролітичний конденсатор розряджається через резистор, досліджують тут у досліді.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Передбачається, що учням відомо: конденсатор може накопичувати заряд. Для розуміння досліду має бути відомо також, як користуватися одиницями ом і фарад.
Принцип
Перебіг у часі процесу розряджання електролітичного конденсатора можна дослідити, вимірюючи вольтметром напругу на конденсаторі. Одночасно вимірюють перебіг напруги на резисторі. Перемикачем електролітичний конденсатор перемикають між колом із блоком живлення (заряджання) і колом без блока живлення, але з резистором (розряджання).
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді треба простежити процес розряджання електролітичного конденсатора. При цьому треба дослідити перебіг у часі напруги на електролітичному конденсаторі й на резисторі.
Завдання
Зберіть електричне коло, у якому конденсатор натисканням вимикача або заряджається, або розряджається. Потім дослідіть перебіг у часі напруги на електролітичному конденсаторі й на резисторі під час розряджання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Фотоспалах, спричинений електролітичним конденсатором
Що спільного мають фотоспалахи, гучномовці та електромобілі?
Усі вони використовують електролітичні конденсатори, щоб блискавично накопичувати енергію і знову її віддавати. Ці невеликі елементи мають вирішальне значення для багатьох сучасних технологій - від швидких світлових імпульсів у спалахах до стабілізації електричних кіл у потужних двигунах.
Але як саме це працює? У цьому досліді ви дізнаєтесь, як електролітичний конденсатор заряджається й розряджається і чому це незамінне для стількох технічних застосувань!
Завдання
- Зберіть електричне коло, у якому конденсатор натисканням вимикача або заряджається, або розряджається.
- Дослідіть перебіг у часі напруги на електролітичному конденсаторі під час розряджання.
- Одночасно дослідіть перебіг у часі напруги на резисторі.
- Використайте різні резистори й порівняйте криві.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Монтажна плита з гніздами 4 мм | 06033-00 | 1 |
| 2 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-02 | 2 |
| 3 | З'єднувальний модуль, корпус G1 | 39120-00 | 2 |
| 4 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., корпус G1 | 39139-00 | 2 |
| 6 | Плівковий резистор 1 кОм, 1 Вт, корпус G1 | 39104-19 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 3 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 3 |
| 9 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
| 10 | Електролітичний конденсатор 2000 мкФ, корпус G2 | 39113-08 | 1 |
| 11 | Плівковий резистор 4,7 кОм, 1 Вт, корпус G1 | 39104-27 | 1 |
| 12 | Плівковий резистор 100 Ом, 1 Вт, корпус G1 | 39104-63 | 1 |
Складання (1/3)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
Схема установки
- Зберіть дослід відповідно до схеми з'єднань.
- Використайте модулі з такими характеристиками:
- і
- Важливо: зважайте на полярність електролітичного конденсатора!
- Спочатку розімкніть обидва вимикачі.
- Встановіть на блоці живлення близько 12 В, а обмеження струму - на праве крайнє положення. Увімкніть блок живлення.
Виконання (1/4)
Cobra SMARTsense Voltage
- Увімкніть свої датчики Cobra SMARTsense Voltage, утримуючи кнопку на датчиках 3 секунди.
- Відкрийте measureAPP на своєму планшеті чи смартфоні й переконайтеся, що пристрій може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Виберіть датчики "Voltage".
- У розділі конфігурації встановіть частоту опитування 10000 Гц.
Виконання (2/4)
Приклад вимірювання
- Запустіть вимірювання.
- Розімкніть перший вимикач, щоб зарядити конденсатор.
- Потім одночасно замкніть цей вимикач і розімкніть другий вимикач, щоб розрядити електролітичний конденсатор через резистор.
- Повторіть цю дію кілька разів.
- Завершіть вимірювання і збережіть його для подальшого аналізу. Дані вимірювань ви тепер знайдете в розділі "мої вимірювання".
Виконання (3/4)
Приклад вимірювання
- Скористайтеся функцією Zoom і збільште криву напруги електролітичного конденсатора під час розряджання.
- Визначте максимальну напругу на конденсаторі й занесіть значення в таблицю виміряних значень, яку ви знайдете в розділі протоколу.
- Визначте час напіврозряду. Через який час напруга спала до половини максимальної напруги? Занесіть значення в таблицю виміряних значень.
Виконання (4/4)
Приклад вимірювання
- Повторіть цю дію з кривою розряджання резистора.
- Занесіть усі значення так само в розділ протоколу.
- Після цього по черзі змініть різні резистори й порівняйте свої результати.
Протокол
Виміряні значення
На конденсаторі
На резисторі 1
На резисторі 2
На резисторі 3
Максимальна напруга
Час напіврозряду розряджання
Стала часу
Завдання 1
Впиши слова, яких бракує. Коли перший вимикач замкнено, подана блоком живлення напруга U_{N} прикладена до ____. Конденсатор ____. Після повторного натискання вимикача та перемикання другого вимикача ____ від'єднується від замкненого кола, і конденсатор ____ через ____. І заряджання, і розряджання мають напругу, яку можна описати ____ функцією.
Завдання 2
Питання
Питання
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Опишіть, як змінюється напруга на резисторі під час розряджання конденсатора. Потім поясніть, чому напруга поводиться саме так.