Capaciteit

1. Een condensator opladen

1. Verkrijg een commerciële condensator met een capaciteit van C = 470 µF (of een vergelijkbare waarde), een programmeerbare spanningsbron en een ampèremeter (of multimeter die stroom kan meten).
2. Stel de spanningsbron in op 0 V, sluit de "+" terminal van de spanningsbron aan op een terminal van de condensator, met de ampèremeter ertussen, en sluit de "−" terminal van de spanningsbron aan op de andere terminal, zoals in Figuur 1. De verbinding kan worden gemaakt met kabels met klemmen of banaanstekkers in ontvangstpoorten op de condensator en instrumenten.
3. Schakel de spanningsbron van 0 V naar 1 V (in ongeveer 1 s) en observeer de transitor stroomwaarde op de ampèremeter. Doe hetzelfde voor 2 V, 5 V en 10 V (voor elke doelspanning; dit betekent eerst teruggaan naar 0 V, dan schakelen naar de doelspanning in ongeveer 1 s). Merk op dat de transitor stroom groter is voor een hogere doelspanning, zoals verwacht volgens Vergelijking 2.
4. Programmeer de spanningsbron om een spanningsramp van 0 V naar 10 V te genereren in 5 s, en noteer de "stabiele toestand" waarde van de ampèremeter tijdens het midden van de ramp. Herhaal dit voor een ramptijd van 10 s, 20 s en 30 s. Plot de waargenomen stroom tegenover de spanningsrampsnelheid (in V/s).

2. De Capacitance afstemmen

1. Schakel de spanningsbron uit en vervang deze door een 300 V batterij, en vervang de ampèremeter door een 1 MΩ weerstand (het doel van deze weerstand is om extra bescherming te bieden om de stroom in de circuit te beperken); vervang ook de commerciële condensator door een parallel plate condensator met een verstelbare afstand tussen de platen.
2. Verkrijg een hoog-impedantie voltmeter (of "elektrometer") en sluit deze aan om de spanningsverschil V tussen de twee platen te meten (de hoge impedantie belemmert de ontlading van de condensator tijdens het experiment wanneer de elektrometer is aangesloten). Zie Figuur 5.
3. Sluit de 300 V batterij aan op de parallel plate condensator, wacht tot de elektrometer de stabiele toestand van 300 V bereikt (nu is de condensator volledig opgeladen door de 300 V bron), en ontkoppel vervolgens snel de spanningsbron van de platen. Zie Figuur 6. De elektrometer zou nog steeds 300 V moeten lezen.
4. Verhoog nu de afstand d tussen de platen naar grotere waarden zoals 15 mm, 10 mm en 5 mm, en observeer en noteer de overeenkomstige spanningswaarde op de elektrometer (V); plot V tegenover d.
5. Verhoog d terug naar ~ 20 mm, plaats een plastic plaat tussen de twee platen en observeer wat er gebeurt met V gelezen door de elektrometer. De vermindering van V tussen de platen (met vaste lading Q in dit geval) komt door de grotere diëlektrische constante ε van het plastic (vergeleken met lucht) als medium van de condensator (verwijs naar Vergelijkingen 1 en 3).

3. Parallelle en serie condensators

1. Verkrijg een capaciteitsmeter (een "LCR meter" of een multimeter met een capaciteitsmeetmodus); verkrijg een breadboard om de elektrische verbindingen in dit deel van het experiment te vergemakkelijken.
2. Verkrijg twee commerciële "keramische" condensatoren met een capaciteit van 1 µF en gebruik de capaciteitsmeter om hun capaciteit te verifiëren, zoals in Figuur 2.
3. Verbind de twee condensatoren parallel en gebruik de capaciteitsmeter om de totale capaciteit te meten (tussen punten A en B, zie Figuur 3).
4. Verbind de twee condensatoren in serie en gebruik de capaciteitsmeter om de totale capaciteit te meten (tussen punten A en B, zie Figuur 4).

Figuur 3: Diagram dat twee condensatoren verbindt in parallel.

Figuur 4: Diagram dat twee condensatoren verbindt in serie.

Figuur 5: Diagram dat het opladen van een condensator toont met behulp van een spanningsbron, terwijl de spanning wordt gelezen met een elektrometer.

Figuur 6: Na snel ontkoppelen van de spanningsbron in Figuur 5, moet de spanning en lading op de condensator blijven.