Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Ładowanie i rozładowywanie kondensatora

Symulacja przedstawia wykresy zależności napięcia od czasu podczas ładowania i rozładowywania kondensatora przez opornik. Zbadaj, w jaki sposób zmiana pojemności kondensatora oraz oporu opornika wpływa na kształt wykresu U(t).

Uwaga. Praca z symulacją jest wygodniejsza po przełączeniu na widok pełnoekranowy.

RILJdrCeB237S
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Opis alternatywny Symulacji interaktywnej
Ekran symulacji składa się z trzech części. Po lewej na górze widoczny jest obwód elektryczny, zbudowany z trzech poziomych gałęzi. Na górnej gałęzi znajduje się źródło napięcia przedstawione za pomocą dwóch pionowych, równoległych do siebie kresek, z których jedna jest grubsza i krótsza oraz opornik przedstawiony jako prostokąt z literą R w środku. Na środkowej gałęzi znajduje się kondensator symbolizowany przez dwie pionowe, równoległe linie o tej samej długości i podpisany jako C. Na dolnej gałęzi znajduje się opornik, w postaci prostokąta z literą R w środku. Gałęzie z lewej strony są ze sobą połączone pionowymi liniami – przewodami. Z prawej strony, w miejscu, w którym pionowe linie idące od gałęzi łączyłyby się ze sobą znajduje się przełącznik w postaci kreski, która może zmieniać swoje ustawienie. Na prawo od obwodu znajduje się układ współrzędnych. Oś poziomą opisano jako t, oś pionową wielką literą U. Na osiach zaznaczono jednostki – na osi poziomej od zera do dwudziestu jeden sekund, co jedną sekundę. Na osi pionowej od zera do dwóch woltów, co pół wolta. Na wykresie widoczne są także dodatkowe poziome i pionowe linie pomocnicze, dzielące osie wykresu na mniejsze przedziały. Pod obwodem znajduje się kilka pól wyboru, za pomocą których można zmienić ustawienia symulacji. Patrząc od góry, najpierw umieszczono tekst „Wybierz pojemność kondensatora C”, a pod nim cztery pola wyboru, obok których zapisano wartości dziesięć, dwadzieścia dwa, trzydzieści trzy i czterdzieści siedem mikrofaradów. Poniżej znajduje się tekst „Wybierz rezystancję opornika R”, a pod nim cztery pola wyboru obok których umieszczono wartości cztery przecinek siedem, dziesięć, piętnaście i dwadzieścia dwa kiloomy. Na samym dole znajdują się przyciski START, STOP i RESET do sterowania symulacją. Po wybraniu parametrów i kliknięciu przycisku START, na wykresie zaczyna rysować się krzywa napięcia na kondensatorze w funkcji czasu. Równocześnie rysuje się pozioma przerywana linia dla wartość 1,5 wolta na osi pionowej. Kondensator najpierw ładuje się – przełącznik w obwodzie jest ustawiony w ten sposób, że zamknięty jest jedynie fragment obwodu zawierający źródło napięcia, opornik i kondensator. Na wykresie rysuje się funkcja wykładnicza. Krzywa zaczyna się w początku układu współrzędnych. Dla małych wartości na osi poziomej funkcja szybko narasta, nachylenie wykresu jest duże. Im większe t, tym krzywa staje się coraz bardziej płaska i zbliża się do przerywanej linii, nie dotykając jej jednak. Pod układem współrzędnych wyświetla się tekst „Widzimy zależność napięcia U od czasu t w układzie bateria - kondensator - rezystor. Na początku kondensator jest podłączony do baterii. Zatem kondensator ładuje się, a napięcie na kondensatorze wzrasta.” Gdy krzywa zbliża się do wartości 1,5 V, przełącznik w układzie zmienia pozycję i staje się ustawiony w ten sposób, że zamknięty jest fragment obwodu zawierający jedynie opornik i kondensator. Krzywa na wykresie zaczyna się obniżać od punktu maksymalnego, najpierw gwałtownie, potem jej nachylenie maleje. Krzywa zbliża się do osi poziomej, jednak nie dotyka jej. Pod wykresem widnieje teraz tekst „Teraz kondensator podłączony jest do rezystora. Następuje rozładowanie kondensatora. Napięcie na kondensatorze spada.” Gdy krzywa zbliży się do osi poziomej, symulacja zatrzymuje się. Im mniejsze wybierze się wartości pojemności i rezystancji, tym krócej trwa proces ładowania i rozładowania.

Polecenie 1
RuV3jtsSLhGu8
Zwiększenie oporu w obwodzie ładowania (rozładowywania) kondensatora o ustalonej pojemności Możliwe odpowiedzi: 1. wydłuża czas jego ładowania (rozładowywania)., 2. skraca czas jego ładowania (rozładowywania)., 3. nie wpływa na czas jego ładowania (rozładowywania).
Polecenie 2

Jaka jest przyczyna tego, że ładowanie i rozładowanie kondensatora nie odbywa się nieskończenie prędko?