Capacità

1. Ricarica di un condensatore

1. Ottenere un condensatore commerciale con capacità C = 470 μF (o un valore simile), una sorgente di tensione programmabile e un amperometro (o multimetro in grado di misurare la corrente).
2. Con la sorgente di tensione impostata su 0 V, collegare il terminale "+" della sorgente di tensione a un terminale del condensatore, con l'amperometro in mezzo, e collegare il terminale "−" della sorgente di tensione all'altro terminale, come in Figura 1. Il collegamento può essere effettuato con cavi con morsetti o spine a banana nelle porte di ricezione sul condensatore e sugli strumenti.
3. Commutare la sorgente di tensione da 0 V a 1 V (in circa 1 s) e osservare la lettura della corrente transitoria sull'amperometro. Fai lo stesso per 2 V, 5 V e 10 V (per ogni tensione target; questo significa prima tornare a 0 V, quindi passare alla tensione target in circa 1 s). Si noti che la corrente transitoria è maggiore per una tensione target maggiore, come previsto dall'equazione 2.
4. Programmare la sorgente di tensione per generare una rampa di tensione da 0 V a 10 V in 5 s e registrare la lettura "stazionario" dell'amperometro durante il centro della rampa. Ripetere l'operazione per un tempo di rampa di 10 s, 20 s e 30 s. Tracciare la corrente osservata rispetto alla velocità di rampa di tensione (in V/s).

2. Sintonizzazione della capacità

1. Spegnere la sorgente di tensione e sostituirla con una batteria da 300 V e sostituire l'amperometro con un resistore da 1 MΩ (lo scopo di questo resistore è fornire una protezione aggiuntiva per limitare la corrente nel circuito); sostituire anche il condensatore commerciale con un condensatore a piastre parallele con una separazione regolabile tra le piastre.
2. Ottenere un voltmetro ad alta impedenza (o "elettrometro") e collegarlo per misurare la differenza di tensione V tra le due piastre (l'alta impedenza impedisce la scarica del condensatore durante l'esperimento quando l'elettrometro è collegato). Vedere la Figura 5.
3. Collegare la batteria da 300 V al condensatore a piastre parallele, attendere che l'elettrometro raggiunga lo stato stazionario di 300 V (ora il condensatore è completamente carico dalla sorgente a 300 V), quindi scollegare rapidamente la sorgente di tensione dalle piastre. Vedere la Figura 6. L'elettrometro dovrebbe ancora leggere 300 V.
4. Ora aumentare la distanza d tra le piastre a valori maggiori come 15 mm, 10 mm e 5 mm, e osservare e registrare la lettura della tensione corrispondente sull'elettrometro (V); trama V contro d.
5. Aumentare d di nuovo a ~ 20 mm, inserire una lastra di plastica tra le due piastre e osservare cosa succede a V letto dall'elettrometro. La riduzione di V tra le piastre (con carica Q fissa in questo caso) deriva dalla maggiore costante dielettrica ε della plastica (rispetto all'aria) come mezzo del condensatore (fare riferimento alle equazioni 1 e 3).

3. Capacità parallele e di serie

1. Ottenere un misuratore di capacità (un "misuratore LCR" o un multimetro con una modalità di misurazione della capacità); ottenere una breadboard per facilitare i collegamenti elettrici in questa parte dell'esperimento.
2. Ottenere due condensatori "ceramici" commerciali con una capacità di 1 μF e utilizzare il misuratore di capacità per verificarne la capacità, come nella Figura 2.
3. Collegare i due condensatori in parallelo e utilizzare il misuratore di capacità per misurare la capacità totale (tra i punti A e B, vedere figura 3).
4. Collegare i due condensatori in serie e utilizzare il misuratore di capacità per misurare la capacità totale (tra i punti A e B, vedere figura 4).

Figura 3: Diagramma che mostra due condensatori collegati in parallelo.

Figura 4: Diagramma che mostra due condensatori collegati in serie.

Figura 5: Diagramma che mostra la ricarica di un condensatore utilizzando una sorgente di tensione, mentre si legge la tensione con un elettrometro.

Figura 6: Dopo aver scollegato rapidamente la sorgente di tensione nella Figura 5, la tensione e la carica sul condensatore dovrebbero rimanere.