Phòng thí nghiệm Tụ điện & Điện môi

Giới thiệu mô phỏng này

Phòng thí nghiệm Tụ điện & Điện môi là mô phỏng tĩnh điện học 3D nơi học sinh thao tác với hình học và vật liệu điện môi của một tụ điện phẳng. Hai bản kim loại được nối với nguồn điện một chiều điều chỉnh được trong khi các điện tích mặt màu đỏ (+) và xanh (−) tích tụ ở mặt trong và các mũi tên vectơ màu lam nhạt hiển thị điện trường đều E = V / d. Học sinh có thể kéo bản trên lên xuống để thay đổi khoảng cách d, thay đổi diện tích bản A và kéo tấm điện môi màu hổ phách theo phương ngang vào khe hở. Bên trong tấm điện môi, các quả tạ lưỡng cực phân tử xoay rõ rệt để định hướng theo điện trường, minh họa vì sao chất điện môi làm tăng điện dung theo công thức C = kappa epsilon_0 A / d.

Học sinh có thể khám phá điều gì

Kéo bản trên xuống dưới để giảm một nửa Khoảng cách hai bản d và kiểm chứng rằng Điện dung C, Điện tích tích trữ Q và Điện trường E đều tăng gấp đôi.
Kéo tấm điện môi màu hổ phách từ mức 0% đến 100% vào khe hở và quan sát các điện tích + và - bổ sung chạy từ nguồn điện tới các bản tụ khi Điện dung tăng lên gấp kappa lần.
Phóng to bằng góc nhìn Khe hở & Lưỡng cực rồi thay đổi Hiệu điện thế nguồn V để quan sát các lưỡng cực phân tử đỏ/xanh bên trong chất điện môi xoay vào vị trí định hướng.
Tăng Diện tích bản tụ A từ 100 cm² lên 400 cm² và kiểm tra xem Điện dung C cùng Năng lượng tích trữ U có tăng gấp bốn lần hay không.
So sánh Năng lượng tích trữ U = 1/2 C V² ở 6 V và 12 V để xác nhận rằng khi tăng gấp đôi hiệu điện thế thì năng lượng tĩnh điện tích trữ tăng gấp bốn lần.

Mục tiêu học tập

1Tính điện dung của tụ điện phẳng từ kích thước hình học của bản tụ và hằng số điện môi bằng công thức C = kappa epsilon_0 A / d.
2Giải thích ở cấp độ phân tử cách sự phân cực lưỡng cực bên trong chất điện môi làm yếu điện trường tổng hợp bên trong và làm tăng điện dung.
3Dự đoán việc thay đổi hiệu điện thế V, diện tích bản A hoặc khoảng cách d ảnh hưởng như thế nào đến điện tích tích trữ Q = C V và năng lượng tích trữ U = 1/2 C V².
4Liên hệ cường độ điện trường đều giữa hai bản tụ với hiệu điện thế và khoảng cách khe hở qua công thức E = V / d.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra

Vì sao việc đưa tấm điện môi vào giữa hai bản lại làm tăng điện dung của tụ điện?

Điện trường ngoài làm phân cực các phân tử bên trong chất điện môi cách điện, hướng đầu dương của chúng về phía bản âm và đầu âm về phía bản dương. Điều này tạo ra một điện trường nhỏ ngược chiều bên trong tấm điện môi, cho phép nguồn điện đẩy lượng điện tích lên các bản nhiều gấp kappa lần ở cùng một hiệu điện thế.

Khoảng cách giữa hai bản d ảnh hưởng như thế nào đến điện dung và điện trường?

Điện dung C = kappa epsilon_0 A / d và cường độ điện trường E = V / d đều tỷ lệ nghịch với khoảng cách d. Đưa hai bản lại gần nhau làm tăng lực hút giữa các điện tích trái dấu trên hai bản, do đó làm tăng C, Q, U và E.

Vì sao năng lượng tích trữ U lại tăng theo bình phương hiệu điện thế (V²)?

Vì bản thân điện tích tích trữ Q = C V tỷ lệ thuận với hiệu điện thế V, nên mỗi đơn vị điện tích tiếp theo được đẩy lên bản tụ phải thắng một hiệu điện thế ngày càng cao hơn, dẫn đến U = 1/2 Q V = 1/2 C V².

Dòng điện có chạy qua khe hở giữa hai bản tụ điện không?

Không có dòng điện dẫn nào đi qua lớp không khí hoặc lớp điện môi cách điện ở khe hở. Thay vào đó, dòng điện nạp chạy qua các dây dẫn nối với nguồn điện bên ngoài cho đến khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ bằng hiệu điện thế của nguồn.

Nhúng mô phỏng này

Đặt vào hệ thống học tập, blog hoặc trang lớp của bạn — miễn phí.

<iframe src="https://kiwibee.io/vn/simulations/parallel-plate-capacitor-3d-3d-simulation/embed" title="Phòng thí nghiệm Tụ điện &amp; Điện môi | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

Tiếp tục khám phá

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Ảnh xem trước của Oral & Maxillofacial Atlas

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—