目的
了解電容充放電的特性並測量電容大小。
實驗方法
如右圖一,在電阻與電容之串聯電路中連接一個3段3P搖頭開關,控制與電源的連接:
:試說明實驗中串聯電阻器有何功能?
電容充電:
如圖二,將A開關關上時電流由直流電源出發經過電阻到電容將電荷儲存起來
其電容之端電壓與時間之關係為
(詳細推導見附錄一)
整理變換成如下式:
因此繪出與
的關係圖,分析其斜率即可得電容大小。
:試說明RC乘積的單位為時間。
電容放電:
充電完成後,將B開關關上時電流便如圖三所示,電容所儲存的電量逐漸降低。其電容之端電壓與時間之關係為
(詳細推導致見附錄一)
整理變換成如下式:
同理繪出與
的關係圖,分析其斜率即可得電容大小。
原理
電容 :儲存電荷和電能的大小 SI 制單位:F(法拉)
電容器:任何兩個金屬板(不論大小 )為電極, 中間隔開(中間可為任何介電質),即構成一個電容器。
當電池接上電容器 (如下圖),電池之電子會流向電容器,使得電容器兩端累積相異性電荷,這些正負電荷會互相吸引,而儲存在電容器中,此即電容器名稱之來源。
電容器的電量逐漸增加,電壓隨著增加,等到跟電池的電壓一樣時,電流終於停下來即充電完畢。
【注意】充電瞬間電容視為短路,充電完畢則為斷路。 |
:想一想如何利用實驗量測一個未知電容大小?
實驗儀器
1.電路及電阻介紹
2.電容介紹
3.電源供應器
實驗步驟
注意: |
A.充電過程
1.打開電源供應器,將電壓設為3V。
2.將電路板的開關切至『充電』的位置,即A通路、B斷路,使電容開始充電,並同時啟動碼錶計時。
3.每15秒記錄一次三用電錶的伏特數,持續充電15分鐘。
B.放電過程
1.將電路板的開關切至『放電』位置,即B通路、A斷路,使電容開始放電,同時開始重新計時。
2.每15秒記錄一次三用電錶的伏特數,持續紀錄15分鐘
C.將充電時間與伏特數,還有放電時間與伏特數繪出關係圖,並計算電容值,分析誤差大小。
:若將實驗中的直流電源改為交流電源,伏特計改為示波器,則結果會有何變化?
參考資料
1.Fundamentals of Physics, Fifth Edition ( by David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker)
2.University Physics, 12th ed (H. D. Young & R. A. Freedman,)
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Portal:Physics