Elektrosztatika » Kondenzátor energiája

Jelenség leírása

Mérjük meg egy feltöltött kondenzátor munkavégzõképességét úgy, hogy rákapcsoljuk egy kis egyenáramú játékmotorra, s e motor mûködtetésével felemelünk egy testet bizonyos magasságba. Mekkora az energiaátalakítás hatásfoka?

Eszközök

hosszú vonalzó, kondenzátor, súlyok (rugóra akasztható tömegek), villanymotor

Magyarázat

A mérési elrendezést az ábra szemlélteti. A K kapcsoló A állásánál a kondenzátor U feszültségre töltõdik, míg a B állásnál az M villanymotoron keresztül kisül. A villanymotor rövid idõre forgásba jön, és egy csigán keresztül h magasságba emeli az m tömegû terhet.

!!\includegraphics!!m150.eps

A jelenség lefolyása nagymértékben függ az egyes paraméterértékek megválasztásától. Célszerû viszonylag nagy kapacitású (néhány mF-os) kondenzátort használni 5-20 V-os töltõfeszültség mellett, és érdemes a teher tömegét kicsire (néhány grammosra) választani, így jól mérhetõ (néhány deciméteres) emelkedést érhetünk el. Az sem mindegy, hogy a motor milyen forgatónyomaték mellett adja le a teljesítményét; ezt a motor tengelyéhez kapcsolt kerék méretének megfelelõ megválasztásával állíthatjuk optimálisra.

Mivel a C kapacitású, U feszültségre feltöltött kondenzátor energiája E1=CU2/2, és az m tömegû teher h magasságba való fölemelésekor a motor E2=mgh munkát végez, a hatásfok:

\eta=\frac{E_2}{E_1}=\frac{2mgh}{CU^2}\,.

Végh Balázs (Dunaújváros, Széchenyi István Gimn., I. o.t.) 10, illetve 20 g-os terhek emelkedését vizsgálta egy 5 mF-os kondenzátor kisütésekor. Eredményeit a táblázat tartalmazza. (Minden mérési adat 7 független mérés átlagolt eredménye.) Az energiaátalakítás hatásfoka igen csekély, \overline\eta=7{,}45\%. Az energiadisszipáció nagy részét a motoron belüli mechanikus súrlódás, illetve a motor tekercsein fellépõ hõveszteség okozza.

mUhE1=CU2/2E2=mgh\eta=100.E2/E1
!!\mbox!![g][V][cm][mJ][mJ][%]
10812160127,5
101019,625019,67,8
101434,449034,47,0
202037,51000757,5

A mérési eredmények

Szerzők

  • Gnadig Péter

Forrás, irodalom, hivatkozás

  • Végh Balázs
  URI STRING  
/show/650/F-H-B
  CLASS/METHOD  
show/index
  MEMORY USAGE  
606,032 bytes
  BENCHMARKS  
Loading Time Base Classes  0.0003
Controller Execution Time ( Show / Index )  0.0048
Total Execution Time  0.0051
  GET DATA  
No GET data exists
  POST DATA  
No POST data exists
  DATABASE:  kiserletek   QUERIES: 9   
0.0003   INSERT INTO `sessions` (`session_id`, `ip_address`, `user_agent`, `last_activity`) VALUES ('7df8b02cd8fa9790ddc63474cc96cf91', '18.227.190.231', 'Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko;', 1732417744) 
0.0003   SELECT `label`, trim(item) as item
FROM (`categories`) 
0.0003   SELECT *
FROM (`experiments`)
WHERE `eid` = '650' 
0.0002   SELECT *
FROM (`exp_kwd`)
JOIN `keywords` ON `keywords`.`path`=`exp_kwd`.`path`
WHERE `eid` = '650' 
0.0002   SELECT *
FROM (`exp_cat`)
JOIN `categories` ON `categories`.`label`=`exp_cat`.`label`
WHERE `eid` = '650' 
0.0003   SELECT `name`
FROM (`materials`)
WHERE `eid` = '650' 
0.0003   SELECT `source`
FROM (`sources`)
WHERE `eid` = '650' 
0.0003   SELECT *
FROM (`exp_authors`)
JOIN `authors` ON `exp_authors`.`monogram`=`authors`.`monogram`
WHERE `exp_authors`.`eid` = '650' 
0.0002   SELECT *
FROM (`media`)
JOIN `media_type` ON `media_type`.`format`=`media`.`format`
JOIN `exp_mda` ON `media`.`mid` = `exp_mda`.`mid`
WHERE `exp_mda`.`eid` = '650'