Opladen en ontladen van condensator

Delen en materialen voor het opladen en ontladen van condensatoren

Om dit experiment uit te voeren, heeft u het volgende nodig:

• 6 volt batterij
• Twee grote elektrolytische condensatoren, minimaal 1000 µF (Radio Shack-catalogus # 272-1019, 272-1032 of gelijkwaardig)
• Twee weerstanden van 1 kΩ
• Eén tuimelschakelaar, SPST ("Single-Pole, Single-Throw")

Voor dit experiment zijn grote condensatoren nodig om tijdconstanten te produceren die langzaam genoeg zijn om te volgen met een voltmeter en stopwatch.

Wees gewaarschuwd dat de meeste grote condensatoren van het "elektrolytische" type zijn en dat ze polariteitsgevoelig zijn ! Eén aansluiting van elke condensator moet worden gemarkeerd met een duidelijk polariteitsteken.

Meestal hebben condensatoren van de gespecificeerde grootte een negatieve (-) markering of een reeks negatieve markeringen die naar de negatieve pool wijzen.

Zeer grote condensatoren zijn vaak gemarkeerd met een positieve (+) markering naast één aansluiting.

Het niet in acht nemen van de juiste polariteit zal vrijwel zeker leiden tot condensatorstoring, zelfs bij een bronspanning van slechts 6 volt.

Wanneer elektrolytische condensatoren defect raken, ontploffen ze , spuwen bijtende chemicaliën en stoten vieze geuren uit. Probeer dit alsjeblieft te vermijden!

Ik raad een huishoudelijke lichtschakelaar aan voor de "SPST-tuimelschakelaar" die wordt vermeld in de onderdelenlijst.

KRUISVERWIJZINGEN

• Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 13:"Condensatoren"
• Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:"RC en L/R tijdconstanten"

LEERDOELSTELLINGEN

In dit experiment willen we de volgende concepten leren:

• Oplaadactie condensator
• Ontlaadactie condensator
• Berekening tijdconstante
• Serie- en parallelle capaciteit

Schemaschema laad- en ontlaadcircuit

Illustratie van het experiment

Experimentinstructies

Het meten van de spanning van uw circuit

Bouw het "laadcircuit" en meet de spanning over de condensator wanneer de schakelaar gesloten is.

Merk op hoe het langzaam toeneemt in de loop van de tijd, in plaats van plotseling zoals het geval zou zijn met een weerstand.

U kunt de condensator terug "resetten" naar een spanning van nul door de klemmen kort te sluiten met een stuk draad.

De "tijdconstante" (τ) van een weerstand-condensatorcircuit wordt berekend door de circuitweerstand te nemen en deze te vermenigvuldigen met de circuitcapaciteit.

Voor een weerstand van 1 kΩ en een condensator van 1000 µF moet de tijdconstante 1 seconde zijn. Dit is de hoeveelheid tijd die de condensatorspanning nodig heeft om met ongeveer 63,2% te stijgen van zijn huidige waarde tot zijn uiteindelijke waarde:de spanning van de batterij.

Het is leerzaam om de spanning van een oplaadcondensator in de tijd uit te zetten op een vel ruitjespapier, om te zien hoe de inverse exponentiële curve zich ontwikkelt.

Om de werking van dit circuit in kaart te brengen, moeten we echter een manier vinden om het te vertragen. Een tijdconstante van één seconde biedt niet veel tijd om voltmetermetingen te doen!

De tijdconstante van een circuit wijzigen

We kunnen de tijdconstante van dit circuit op twee verschillende manieren verhogen:

• De totale circuitweerstand wijzigen, en/of
• De totale circuitcapaciteit wijzigen.

Gegeven een paar identieke weerstanden en een paar identieke condensatoren, experimenteer met verschillende series en parallelle combinaties om de langzaamste laadactie te verkrijgen.

Je zou nu al moeten weten hoe meerdere weerstanden moeten worden aangesloten om een ​​grotere totale weerstand te vormen, maar hoe zit het met condensatoren?

Deze schakeling zal u demonstreren hoe de capaciteit verandert met serie- en parallelle condensatorverbindingen.

Zorg er wel voor dat u de condensator(en) in de juiste richting plaatst:met de uiteinden met het label negatief (-) elektrisch "het dichtst" bij de negatieve pool van de batterij!

Het ontlaadcircuit biedt hetzelfde soort veranderende condensatorspanning, behalve dat deze keer de spanning naar de volledige batterijspanning springt wanneer de schakelaar sluit en langzaam daalt wanneer de schakelaar wordt geopend.

Experimenteer opnieuw met verschillende combinaties van weerstanden en condensatoren en zorg er zoals altijd voor dat de polariteit van de condensator correct is.

Computersimulatie

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

Oplaadcircuit condensator v1 1 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u ic=0 .tran 0.1 5 uic .plot tran v(2,0) .end 

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Tijdconstante Berekeningen
• Werkblad condensatoren