コンデンサの充電と放電

コンデンサの充電と放電の実験部品と材料

この実験を行うには、次のものが必要です。

• 6ボルトバッテリー
• 2つの大型電解コンデンサ、最小1000 µF（Radio Shackカタログ番号272-1019、272-1032、または同等のもの）
• 2つの1kΩ抵抗器
• 1つのトグルスイッチ、SPST（「単極単投」）

この実験では、電圧計とストップウォッチで追跡するのに十分遅い時定数を生成するために、大きな値のコンデンサが必要です。

ほとんどの大型コンデンサは「電解」タイプであり、極性に敏感であることに注意してください。 ！各コンデンサの一方の端子には、明確な極性記号を付ける必要があります。

通常、指定されたサイズのコンデンサには、負の（-）マークまたは負の端子を指す一連の負のマークがあります。

非常に大きなコンデンサは、多くの場合、1つの端子の横にある正（+）のマークで極性ラベルが付けられています。

適切な極性に注意を怠ると、ソース電圧が6ボルトと低くても、ほぼ確実にコンデンサが故障します。

電解コンデンサが故障すると、通常は爆発します。 、腐食性化学物質を噴出し、悪臭を放ちます。どうか、これを避けてください！

パーツリストに記載されている「SPSTトグルスイッチ」には、家庭用ライトスイッチをお勧めします。

相互参照

• 電気回路の教訓 、第1巻、第13章：「コンデンサ」
• 電気回路の教訓 、第1巻、第16章：「RCおよびL / R時定数」

学習目標

この実験では、次の概念について学習することを目的としています。

• コンデンサの充電動作
• コンデンサ放電動作
• 時定数の計算
• 直列および並列容量

充電および放電回路の概略図

実験のイラスト

実験手順

回路の電圧の測定

「充電」回路を構築し、スイッチが閉じているときのコンデンサ両端の電圧を測定します。

抵抗器の場合のように突然ではなく、時間の経過とともにゆっくりと増加することに注目してください。

コンデンサの端子をワイヤーで短絡することにより、コンデンサをゼロの電圧に「リセット」することができます。

抵抗-コンデンサ回路の「時定数」（τ）は、回路の抵抗を取り、それを回路の静電容量で乗算することによって計算されます。

1kΩの抵抗と1000µFのコンデンサの場合、時定数は1秒である必要があります。これは、コンデンサの電圧が現在の値から最終的な値であるバッテリーの電圧まで約63.2％上昇するのにかかる時間です。

充電コンデンサの電圧をグラフ用紙に時間の経過とともにプロットして、逆指数曲線がどのように変化するかを確認することは教育的です。

ただし、この回路の動作をプロットするには、速度を落とす方法を見つける必要があります。 1秒の時定数では、電圧計の読み取りに多くの時間がかかりません！

回路の時定数の変更

この回路の時定数を2つの異なる方法で増やすことができます：

• 総回路抵抗の変更、および/または
• 総回路容量の変更。

同一の抵抗器のペアと同一のコンデンサのペアが与えられた場合、さまざまな直列および並列の組み合わせを試して、最も遅い充電動作を取得します。

総抵抗を大きくするには、複数の抵抗を接続する必要があることはすでに知っているはずですが、コンデンサについてはどうでしょうか。

この回路は、直列および並列コンデンサ接続によって静電容量がどのように変化するかを示します。

コンデンサを正しい方向に挿入するようにしてください。バッテリーのマイナス端子に電気的に「最も近い」マイナス（-）のラベルが付いた端を使用してください。

放電回路は同じ種類の変化するコンデンサ電圧を提供しますが、今回はスイッチが閉じると電圧が完全なバッテリ電圧にジャンプし、スイッチが開くとゆっくりと低下します。

抵抗器とコンデンサのさまざまな組み合わせをもう一度試して、コンデンサの極性が正しいことを常に確認してください。

コンピュータシミュレーション

コンデンサ充電回路v11 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u ic =0 .tran 0.1 5 uic .plot tran v（2,0）.end