مختبر الفيزياء

شحن المكثفات.

سؤال التجربة:

ما الزمن اللازم لشحن مكثفات مختلفة السعة الكهربائية؟

الاستنتاج والتطبيق:

1. فسّر البيانات. هل يصل جهد المكثف لحظياً إلى جهد مساوٍ لفرق الجهد بين طرفي البطارية (9V)؟ وضّح سبب السلوك الملاحظ.

لا؛ لأن تراكم الشحنات على المكثف يستغرق فترة زمنية اعتماداً على سعته الكهربائية، الزيادة غير خطية، الجهد يساوي الشحنة/السعة الكهربائية.

2. استنتج. هل يحتاج المكثف الأكبر سعة إلى زمن أكبر حتى يصبح مشحوناً تماماً؟ ولماذا؟

يحتاج المكثف الأكبر زمناً أطول حتى يصبح مشحوناً تماماً، ملاحظة: يسمّى الكثير من المكثفات الكبيرة مكثفات إلكتروليتية؛ حيث لها تباين كبير جداً في سعتها الكهربائية المحدّدة قد يصل إلى %100؛ لذا قد تعطي بعض المكثفات التي يستعملها الطلاب نتائج مختلفة لنفس قيمة السعة الكهربائية المحدّدة عليها.

التوسع في البحث:

1. يعتمد الزمن اللازم لشحن مكثف - أي حتى يصل فرق الجهد بين طرفيه إلى فرق الجهد بين طرفي البطارية - على سعته ومقاومته لتدفق الشحنات خلال الدائرة، في هذه التجربة ضُبِطت مقاومة تدفق الشحنات عن طريق توصيل مقاومة مقدارها 47kΩ. في الدائرة. في الدوائر الكهربائية التي تتضمن مكثفاً ومقاومة مثل الدائرة الواردة في هذه التجربة فإن الزمن -مقيساً بالثانية- اللازم لشحن المكثف بنسبة % 63.3 من الجهد المطبّق يساوي حاصل ضرب السعة في المقاومة، ويسمّى هذا ثابت الزمن؛ لذا فإن T = RC؛ حيث T مقيسة بالثواني، وR مقيسة بالأوم، وC مقيسة بالفاراد، احسب ثابت الزمن لكل مكثف عند توصيله بالمقاومة 47kΩ.

2. قارن بين ثابت الزمن الذي حصلت عليه والقيم التي حصلت عليها من الرسم البياني.

ستختلف الإجابات بسبب تغير قيمة السعة الكهربائية الحقيقية، ثوابت الزمن لعيّنة البيانات ترتبط معاً بصورة جيدة.

الفيزياء في الحياة:

وضّح الكاميرات الصغيرة المُزوّدة بفلاش مخصَّص للاستعمال مرة واحدة فقط، ووحدات الفلاش الإلكترونية العادية تحتاج إلى زمن معين حتى يصبح الفلاش جاهزاً للاستعمال، حيث يعمل المكثف هنا على تخزين الطاقة من أجل الفلاش، وضّح ما يحدث خلال الزمن الذي يجب أن تنتظره لأخذ الصور الثانية.

يجب أن يشحن المكثف لقيمة محدّدة قبل أن يصبح الفلاش جاهزاً للعمل، العوامل المؤثرة في الزمن الذي تحتاج إليه لشحن الفلاش هي السعة الكهربائية للمكثف، والتيار المتاح، لاحظ أن الفلاش يميل إلى أن يشحن بسرعة عند استعمال بطاريات جديدة مقارنة باستعمال بطاريات قديمة.