<طريقة التعلم بالاستقصاء عن المشكلة>
سؤال الاستفسار: "كيف يتم قياس سعة المكثف؟"المواضيع المتعلقة بـ «سعة المكثفات»
<قياس القدرة الكهربائية>
الأهداف: 1. التعرف على ظاهرة شحن وتفريغ المكثفات.
2. فهم العلاقة بين شحنة المكثف والجهد
3. فهم العلاقة بين التيار والشحن
4. انتبه إلى إمكانات المكثف المدمج في الدائرة
خلفية معرفية):
1. س = السيرة الذاتية
2. I=ΔQ/Δt Current=التغير في الشحن لكل وحدة زمنية
يتم حساب الشحنة حسب مساحة الرسم البياني I-t
3. عند عدم الشحن، يتدفق التيار عبر مكثف مثل الموصل؛ عند شحنه بشكل كافٍ، عند فصله، لا يتدفق التيار، ويتم الحفاظ على الإمكانات.
(مواصفات المشكلة)
قم بقياس التغير الزمني في التيار عند شحن وتفريغ مكثف، وأوجد شحنة المكثف. ثم سنحصل على السعة من العلاقة بين الشحنة والجهد.
(فرضية)
الشروط: يتم تفريغ كل تيار التفريغ من خلال المقاومة.
كمية الكهرباء تتناسب مع جهد الشحن.
الفرضية: يمكن العثور على مقدار الشحنة من خلال تكامل التيار مع مرور الوقت. ونتيجة لذلك، يمكن العثور على جهد الشحن والسعة الكهربائية من العلاقة المذكورة أعلاه.
طريقة التحضير
جهاز قياس متعدد رقمي، مكثف 470μF، مقاومة 75 كيلو أوم، ساعة توقيت، لوحة تجارب، أسلاك التوصيل، بطاريتان AA، علبة البطارية
1. أغلق الدائرة واشحن المكثف.
2. قم بقياس الجهد عبر المقاومات المتصلة على التوازي كل 30 ثانية.
3. ارسم رسمًا بيانيًا، وأوجد مساحة الرسم البياني لمتوسط القيمة بين نقطتي القياس، وأوجد مقدار الشحنة.
4. أوجد السعة الكهربائية من جهد الشحن وكمية الكهرباء.
نتيجة
قمنا ببناء الدائرة الموضحة في الشكل وقمنا بإجراء القياسات.
نتائج القياس هي كما يلي.
إنها تتحول إلى تيار تشانغ مقسومًا على المقاومة 75 كيلو أوم
*تم تحديد قيمة التيار عن طريق قياس الجهد عبر المقاومة أثناء التفريغ وتقسيمه على قيمة المقاومة المستخدمة 75 كيلو أوم.
・مناقشة<المعالجة والتقييم>
أما بالنسبة للشحنة فاحسبها لكل قسم بافتراض أن متوسط قيمة تدفقات التيار لمدة 30 ثانية في كل قسم،
عندما جمعنا هذا، حصلنا على Q=1.62mC، إذن
اقسم هذا على الجهد عند 0 ثانية، 3.06 فولت، واحصل على C=Q/V=1.62/3.06=0.53mF
كان المكثف المستخدم 470 ميكرو فاراد، لذا كان الفرق حوالي 20%.
صحة الفرضية [التكنولوجيا]
لتحديد ما إذا كانت هذه الطريقة لتحديد السعة مناسبة، فمن الضروري التحقق من النتائج باستخدام مكثفات مختلفة.
وإذا كان سبب كبر القيمة هو أن التغير تقريبي بخط مستقيم يصل بين نقطتين فهو متسق.
خاتمة
تم التأكيد على أنه يمكن تحديد سعة المكثف من خلال مراقبة حالة التفريغ تحت مقاومة مناسبة.
مراجعة التعلم
النتائج والابتكارات
عند إجراء التجربة بمفردي، ومن أجل إجراء القياسات وتدوين الملاحظات، فمن المناسب اختيار مجموعة من السعة والمقاومة التي تتغير بمرور الوقت ويمكن إكمالها في حوالي 5 دقائق، لذلك تمكنت من تحقيق ذلك باستخدام المكثفات و المقاومات كان لي في متناول اليد. كانت جيدة. 75 كيلو أوم، 470 ميكرو فهرنهايت
فشل
في البداية، تم إنشاء الدائرة عن طريق توصيل مقاوم ومكثف على التوالي، ولكن مجرد فتح الدائرة بعد الشحن لن يتسبب في بدء التفريغ، لذلك بالنظر إلى الوقت والجهد اللازمين للتأريض والقياس، كان من الأسهل على شخص واحد الاتصال لهم بالتوازي. مفهوم.
أقتراح التحسينات
نظرًا لأن التغيير بعد 0 ثانية كبير، فمن المناسب أن يقوم عدة أشخاص بإجراء القياس.
الذي فهمته
هذه إحدى المواد التعليمية المناسبة لفهم المحتويات الأساسية للمكثفات.
المهمة التالية
قم بتجربة ملاحظة شدة التيار والجهد في دائرة تحتوي على مكثف ومقاومة
***********************************************************************************
المواضيع [التكنولوجيا]
الموضوع <التحقيق والتخطيط> الغرض وجهة النظر: أهداف التجربة/[التفكير]
الخلفية <المعرفة> المنظور: مسائل التعلم المسبق، والكتب المدرسية المرجعية، والمهام الملموسة، والفرضيات [المعرفة]
المواد/الطريقة <التحقيق والتخطيط> وجهات النظر: المخطط المفاهيمي، متغيرات القياس، خطة التحقيق [التكنولوجيا]
النتائج/المناقشة <المعالجة والتقييم> وجهة النظر: النتائج ورسومها البيانية/صلاحية الفرضية/الاستنتاج/المناقشة [التكنولوجيا]
مراجعة التعلم (وجهات النظر: الإنجازات والفكرة، أسباب الفشل، خطط التحسين، ما تم فهمه، الإصدار التالي) [الموقف]
تقرير [التكنولوجيا]
***********************************************************************************
*********************************************************************************
<Problem inquiry learning method>
Inquiry question: "How do you measure the capacitance of a capacitor?”Topics “Capacitance of capacitors”
<Measurement of electric capacity>
Objectives: 1. Understand the phenomena of charging and discharging capacitors.
2. Understand the relationship between capacitor charge and voltage
3. Understand the relationship between current and charge
4. Pay attention to the potential of the capacitor built into the circuit
Background (knowledge):
1. Q=CV
2. I=ΔQ/Δt Current=change in charge per unit time
The charge is calculated by the area of the I-t graph
3. When uncharged, current flows through a capacitor like a conductor; when sufficiently charged, as disconnected, the current does not flow, and the potential is maintained.
(Specification of the issue)
Measure the time change in current when charging and discharging a capacitor, and find charge of a capacitor. Then we will get capacitance from the relation between charge and the voltage.
(hypothesis)
Conditions: All discharge current is discharged through the resistance.
The amount of electricity is proportional to the charging voltage.
Hypothesis: The amount of charge can be found by integrating the current over time. As a result, the charging voltage and the electrical capacitance can be found from the above relation.
Preparation/method
Digital multimeter, capacitor 470μF, resistance 75kΩ, stopwatch, breadboard, jumper wires, 2 AA batteries, battery case
1. Close the circuit and charge the capacitor.
2. Measure the voltage across the resistors connected in parallel every 30 seconds.
3. Draw a graph, find the area of the graph of the average value between the two measurement points, and find the amount of charge.
4. Find the electric capacity from the charging voltage and the amount of electricity.
result
We constructed the circuit shown in the figure and performed measurements.
The measurement results are as follows.
They transform into current chang divided by resistance 75kΩ
*The current value was determined by measuring the voltage across the resistor during discharge and dividing it by the resistance value used, 75kΩ.
・Discussion<Processing and evaluation>
Regarding the charge, calculate it for each section assuming that the average value of the current flows for 30 seconds in each section,
When we added this up, we got Q=1.62mC, so
Divide this by the voltage at 0 seconds, 3.06V, and get C=Q/V=1.62/3.06=0.53mF
The capacitor used was 470μF, so the difference was about 20%.
Validity of hypothesis [Technology]
To determine whether this method of determining capacitance is appropriate, it is necessary to verify the results with different capacitors.
If the reason why the value was large is that the change is approximated by a straight line connecting two points, then it is consistent.
conclusion
It was confirmed that the capacitance of a capacitor can be determined by observing the discharge state under an appropriate resistance.
Review of learning
Results and innovations
When conducting the experiment alone, in order to make measurements and take notes, it is appropriate to choose a combination of capacitance and resistance that changes over time and can be completed in about 5 minutes, so I was able to achieve this with the capacitors and resistors I had on hand. It was good. 75kΩ, 470μF
failure
Initially, the circuit was constructed by connecting a resistor and a capacitor in series, but simply opening the circuit after charging would not cause discharge to begin, so considering the time and effort required for grounding and measurement, it was easier for one person to connect them in parallel. Understood.
Improvement proposal
Since the change after 0 seconds is large, it is appropriate for multiple people to perform the measurement.
What I understood
This is one of the appropriate teaching materials for understanding the basic contents of capacitors.
Next task
Experiment to observe the current and voltage of a circuit containing a capacitor and a resistor
************************************************** *********************
Topics [Technology]
Theme <Investigation and Planning> Purpose Viewpoint: Objectives of the experiment/[Thinking]
Background <Knowledge> Perspective: Prior learning matters, reference textbooks, concrete assignments, hypotheses [Knowledge]
Materials/Method <Investigation and Planning> Viewpoints: Conceptual Diagram, Measurement Variables, Investigation Plan [Technology]
Results/Discussion <Processing and Evaluation> Viewpoint: Results and their graphing/Validity of hypothesis/Conclusion/Discussion [Technology]
Learning Review(perspectives: achievements and idea, causes of failure, improvement plans, what was understood, next issue) [Attitude]
Report [Technology]
*************************************************************************
<課題探究的学習手法>
探究の問い『コンデンサーの電気容量はどのように測定するのだろうか？』
トピックス『コンデンサーの電気容量』
<電気容量の測定>
目的: 1. コンデンサーの充電・放電の現象を知る
2. コンデンサーの電荷と電圧の関係を理解する
3. 電流と電荷の関係を理解する
4. 回路に組み込まれたコンデンサーの電位に注目する
背景（知識）:
1. Q=CV 電荷＝電気容量✖️電圧
2. I=ΔQ/Δt 電流=単位時間当たりの電荷量の変化
電荷は、I-t グラフの面積で求められる
3. 帯電していないと, コンデンサーは, 導線のように電流が流れ, 十分帯電すると,
断線したように, 電流は流れず, 電位は維持される。
（課題の具体化）
コンデンサーを充電し, 放電する時の電流の時間変化を測定し, その時間変化の
グラフを区分求積法で近似して面積から電荷を求め, 最大電圧との関係から電気容量
を求める。
(仮説)
条件: 放電電流は, 全て抵抗を通って放電される。
電気量は, 充電電圧に比例する。
仮説: 電荷量は, 電流の時間積分で求められる。その結果, 充電電圧との
関係から電気容量が求められる。
準備・方法
デジタルマルチメータ, コンデンサー 470μF, 抵抗75kΩ, ストップウォッチ,
ブレッドボード, ジャンパー線, 単３乾電池２本, 乾電池ケース
1. 回路を閉じ, コンデンサーを充電する.
2. 並列に接続した抵抗の両端の電圧を30秒ごとに測定する。
3. グラフを描き, ２測定点間の平均値のグラフの面積を求め, 電荷量を求める。
4. 充電電圧と電気量から, 電気容量を求める。
結果
図のような回路を組んで, 測定を行った。
測定結果は以下のようである。
これを抵抗値で除して, 電流にする
※電流値は, 放電時の抵抗の両端の電圧を測定し, 使用した抵抗値75kΩで除した値を用いた.
・考察＜処理と評価＞
仮説の妥当性[技術]
電荷については, 各区間の30秒間に電流の平均値が流れたとして各区間について求め,
これを合算したところ Q=1.62mC となったので
これを 0 秒時の電圧 3.06V で除して C＝Q/V=1.62/3.06=0.53mF
使用したコンデンサーは, 470μF のものだったので20%程度の違いであった。
この電気容量の求め方が適切かは, 異なるコンデンサーでの結果なども検証することが必要だ。
値が大きめだったのは, 変化を２点間を結ぶ直線で近似しているためであるとすると整合性はある。
結論
コンデンサーの電気容量を適当な抵抗下での放電状況を観察することで知ることができることは確認できた。
学習の振り返り
成果と工夫
一人で実験する場合, 測定とメモを取る関係上電気容量と抵抗の組み合わせは, 時間変化が適切で, ５分程度で終了するものが妥当ということで, 手持ちのコンデンサーと抵抗で実現できたのは良かった。75kΩ、470μF
失敗
回路を当初, 抵抗とコンデンサーを直列にして行ったが, 充電後回路を開放しただけでは,放電が始まらないので, 接地して計測の手間を考えると, 一人なら, 並列接続がやりやすいことがわかった。
改善案
0秒後の変化が大きいので, 複数人で測定を行うのが適切である。
理解できたこと
コンデンサーの基本的内容について理解する適切な教材の一つである。
次の課題
コンデンサーと抵抗を含む回路の電流電圧を観察する実験
***********************************************************************
トッピクス[技術]
テーマ＜探究と計画＞目的 観点:実験のねらい・[思考]
背景＜知識＞観点:先行学習事項・参考教科書・課題の具体化・仮説[知識]
準備・方法＜探究と計画＞観点：概念図・測定変数・探究計画[技術]
結果・考察＜処理と評価＞観点：結果とそのグラフ化・仮説の妥当性・結論・考察[技術]
学習の振り返り(観点：成果と工夫、失敗の原因、改善案、理解できたこと、次の課題)[態度]
報告[技術]
**********************************************************************