Pengisian dan pengosongan kapasitor – mengukur konstanta waktu RC
FisikaListrik dan rangkaianUsia 16–17Lab virtual
Gunakan di kelas Anda: siswa membukanya lewat tautan atau kode QR, tanpa perlu akun.
Berikutnya di Listrik dan rangkaian
Rangkaian praktikum virtual dengan sumber GGL E, resistor R, kapasitor C, dan sakelar K dua posisi: pindahkan K ke 1 untuk mengisi kapasitor dan ke 2 untuk mengosongkannya melalui R. Voltmeter mengukur u_C, grafik u_C(t) digambar langsung, dan saat u mencapai 63% ditandai otomatis untuk mengukur τ dan membandingkannya dengan τ = RC. Tabel data mencatat t, u_C, i, muatan q = Cu, dan energi tersimpan W = Cu²/2. Tab kedua menggambar ln V terhadap t: gradien −1/RC memberikan konstanta waktu, dibandingkan dengan metode 63%.
Pelajaran: Kapasitor, kapasitas, dan energi tersimpan; pengisian dan pengosongan melalui resistor
Yang ditunjukkan
Kapasitor tidak terisi seketika: arus pada resistor paling besar tepat saat sakelar ditutup, lalu mengecil seiring muatan menumpuk pada keping. Saat diisi dari keadaan kosong, tegangan mengikuti u = E(1 − e^(−t/τ)); saat dikosongkan, u = u₀e^(−t/τ). Konstanta waktu τ = RC menentukan kecepatannya: setelah satu τ, kapasitor mencapai 63% dari E saat pengisian, atau turun menjadi 37% dari tegangan awalnya saat pengosongan. Energi tersimpan W = Cu²/2 berasal dari sumber dan, saat pengosongan, diubah menjadi kalor pada resistor. Karena ln V = ln V₀ − t/RC, grafik ln V terhadap t berupa garis lurus yang gradiennya memberikan τ dari semua bacaan, bukan dari satu bacaan.
Cara menggunakan
Dengan nilai awal GGL sumber 6 V, Hambatan 10 kΩ, dan Kapasitas kapasitor 470 μF, τ = 4,7 s. Tekan Isi (K → 1) dan amati titik-titik arus melambat sementara penunjukan voltmeter mendekati E; saat u_C mencapai 63%, waktunya ditandai pada grafik dan dicatat di tabel. Lalu tekan Kosongkan (K → 2). Gunakan Catat data untuk pembacaan tambahan dan Kecepatan yang lebih tinggi jika R dan C besar. Gandakan R atau C, lalu bandingkan τ yang terukur. Pada tab Grafik ln V, tekan Kosongkan dan catat, lalu Paskan garis, dan bandingkan kedua metode dalam tabel.
Parameter yang dapat diubah
- GGL sumber 1–12 V
- Hambatan 1–100 kΩ
- Kapasitas kapasitor 100–2200 μF
- Tampilkan kurva teoretis dan tanda τ = RC
- Layar Pengisian dan pengosongan, Grafik ln V
- Pembacaan Sedikit, Normal, Banyak
- Paskan hanya bacaan di atas 0–1 V
Pertanyaan untuk dijelajahi
- Apa yang terjadi pada konstanta waktu terukur jika R digandakan? Bagaimana jika C yang digandakan?
- Mengapa arus paling besar tepat setelah sakelar dipindahkan, lalu turun menuju nol?
- Berapa energi yang tersimpan saat kapasitor terisi penuh, dan ke mana energi itu pergi saat pengosongan?
- Mengapa bacaan pada V kecil paling menyebar pada grafik ln V, dan apa yang terjadi pada τ jika Anda mengubah batasnya?
