一、实验目的
- 探究电容大小与电压、极板面积、极板距离的关系;
- 探究电容器能量与极板面积、极板距离的关系;
- 探究电容器能量与电容放电过程。
二、实验原理
电容器是可以“储存电能的容器”,它的电荷储存量跟自身构造有关,其定义式为 \(C=\frac{Q}{U}\),其中 \(Q\) 是电容器所存储的电荷量, \(U\) 是电容两极板之间的电势差。
对于平行平板电容器,两极板之间的电势差为\(U=\frac{4\pi k d Q}{\epsilon S}\) ,则其电容大小由下式决定:
\[C=\frac{\epsilon S}{4 \pi k d}\]
其中,\(\epsilon\) 是介电常数, \(S\) 是导体版的正对面积(有效面积),\(d\) 是两极板的距离。
给电容接上电源,则会给电容充电。充满电的电容在两个极板上堆积了大量自由电荷。当断开充电电源,则电容器相当于一个电池。
此时,电容器的电能为
\[W=\frac{1}{2}Q U\]
将两极板接入负载电路中,电荷会从电容中释放出来,此过程叫放电过程,此时回路中存在电流,负载用电器会工作。当电容中的电荷释放完毕之后,电流归零。
另外,当电容器充满电荷后,断开电源,改变两极板的距离或正对面积,则电容相应发生变化,由于电荷不变,则两极板之间的电势差发生变化。此时若接入负载,则负载灯泡的亮度也将发生变化。
三、实验仪器
支持Html5的浏览器。
实验讲解:
实验界面:
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