忘掉传感器实验室，Phyphox绘制电容器q-u曲线

忘掉传感器实验室，Phyphox绘制电容器q-u曲线

找了一点点时间，在河南名师张怀华张老师的创意下，实现了ESP32+Phyphox绘制电容器充电曲线。

这个Phyphox实验的功能，是利用图1中的电路，由电键S1控制电容器被充电。初态S1是闭合的，此时电容C1没有充电，当S1断开瞬间，电容立即被充电，且ESP32捕获IO33处的电压探针电压，通过判断IO33电压是否小于初态的5V启动定时器，在R1上的电流处对时间取积分，得到充电电压q，进而得到电容器在5V以下的电压范围内的曲线。

图1 S1断开瞬间开始电流对时间积分求电量

由曲线的斜率，其意义为电压每增长1V所需的电量，电量越大则电容储存电荷的本领越大，拿过来用于教学，似乎可以放弃一些大厂商的传感器实验室了——ESP32开发板价格只有不到20元钱，却带来无限的创意。

图2、图3、图4分别为2200μF、3300μF和6800μF电容器关系曲线。之所以取了大容量，是因为1k电阻充电，充电时间稍大一些，在时间上的误差就会小一些，但是也带一个问题，是电容同时也在放电；另外，市场上的普通电容一般容许误差在20%附近，一下子测到和标称值相同，这个情况也不是很多。

图象画成了是其斜率的物理意义更直接、更清楚，而不再纠结于纵轴受到横轴的控制等自变量与变量的约束关系。

图2 2200μF的q-u曲线

图3 3300μF的q-u曲线

图4 6800μF的q-u曲线

图5 实验器材图

至此，用比值法引入电容概念、讲解电容物理意义，再不必大动干戈到处找传感器实验室，课堂环节里只是1、2分钟的事儿。