Электроемкость. Конденсаторы. Энегия конденсатора — Класс!ная физика

Электроемкость. Конденсаторы. Энегия конденсатора

Подробности

Просмотров: 519

Электроемкость — характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.
— не зависит от q и U.
— зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.

Единицы измерения в СИ: ( Ф — фарад )

КОНДЕНСАТОРЫ

— электротехническое устройство, накапливающее заряд ( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).

где d много меньше размеров проводника.

Обозначение на электрических схемах:

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

Виды конденсаторов:
1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические

2. по форме обкладок: плоские, сферические.
3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).

Электроемкость плоского конденсатора

где S — площадь пластины (обкладки) конденсатора
d — расстояние между пластинами
eо — электрическая постоянная
e — диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Включение конденсаторов в электрическую цепь

Параллельное

Последовательное

Тогда общая электроемкость (С):

при параллельном включении

при последовательном включении

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор — это система заряженных тел и обладает энергией.
Энергия любого конденсатора:

где С — емкость конденсатора
q — заряд конденсатора
U — напряжение на обкладках конденсатора

Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов, необходимой при зарядке конденсатора.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности электрического поля внутри конденсатора.
Плотность энергии электрического поля конденсатора:

Электростатика и законы постоянного тока — Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков

— Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока

404 page not found | Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Тест по физике Конденсатор 8 класс

Тест по физике Конденсатор для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 10 заданий с выбором ответа.

1. Конденсатор — это физический прибор, главные детали которого

1) две обкладки, укрепленные на основаниях
2) две проводящие электричество обкладки и диэлектрик между ними
3) одна обкладка и диэлектрик
4) две прокладки и воздух между ними

2. Какого знака заряды получают обкладки конденсатора при его зарядке? Где образуется электрическое поле?

1) Положительные; между обкладками
2) Отрицательные; около обкладок

3) Противоположные по знаку; вокруг обкладок
4) Противоположные по знаку; между обкладками

3. Конденсаторы бывают разного типа, так как могут иметь разные

1) диэлектрики
2) формы обкладок
3) вещества обкладок
4) все эти факторы в любых сочетаниях

4. Электроемкость конденсатора — физическая величина, ха­рактеризующая

1) его возможность быть источником тока
2) быстроту его зарядки
3) какой электрический заряд он может накопить
4) быстроту его разрядки при соединении обкладок проводни­ком

5. Электроемкость конденсатора измеряется

1) количеством электричества, находящегося на одной его об­кладке
2) отношением электрического заряда одной из обкладок к напряжению между обкладками

3) отношением количества электричества на обкладках к на­пряжению между ними

6. От каких факторов зависит электроемкость конденсатора?

1) От площади и формы обкладок
2) От расстояния между обкладками и удельного сопротивле­ния их вещества
3) От наличия между обкладками диэлектрика и его цвета
4) От площади обкладок, расстояния между ними и наличия диэлектрика

7. По какой формуле можно найти значение электроемкости конденсатора?

1) P = A/t
2) I = U/R
3) С = q/U
4) R = (ρl)/S

8. В каких единицах измеряется электроемкость?

1) Ампер (А)
2) Кулон (Кл)
3) Фарад (Ф)
4) Вольт (В)

9. Какова электроемкость конденсатора, у которого при заряде 0,08 Кл напряжение на обкладках 40 кВт?

1) 2 ⋅ 10^-5 Ф
2) 32 ⋅ 10² Ф
3) 5 ⋅ 10⁵ Ф
4) 2 ⋅ 10^-16 Ф

10. Энергия конденсатора определяется по формуле

1) R = (ρl)/S
2) С = q/U
3) E = (mv²)/2
4) W = CU²/2

Ответы на тест по физике Конденсатор
1-2

2-4
3-4
4-3
5-2
6-4
7-3
8-3
9-1
10-4

Урок физики 10 класс «Электрическая ёмкость. Конденсатор.

Урок физики 10 класс. «Электрическая ёмкость. Конденсатор.»

Цели урока:

Учащиеся узнают

• что называют электроёмкостью, конденсатором;

• формулу расчёта электроёмкости двух проводников, энергии заряженного конденсатора

• типы соединения конденсаторов в электрической цепи и формулы для расчёта параметров в цепи для каждого типа.

Научатся: решать задачи на вычисления электроёмкости, заряда, напряжения, энергии конденсатора.

Смогут:

рассчитывать энергию электрического поля

. общую ёмкость системы конденсаторов.

Перечень вопросов, рассматриваемых на этом уроке

1. Электрическая ёмкость

2. Плоский конденсатор

3. Энергия конденсатор

Элементы содержания.

Конденсатор – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля.

Электроёмкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его обкладок.

Последовательное соединение

– электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

Смешанное соединение — это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.

Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.

Основное содержание урока

Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух близко поставленных друг к другу проводников, так называемых пластин, обкладок и пространством между ними заполняющим диэлектриком. Диаметр этого пространства диэлектрика между проводниками на много меньше, чем размеры самих проводников.

Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость.

Заряд конденсатора определяется – модулем заряда на любой одной из её обкладок. Заряд конденсатора прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора. Коэффициент этой зависимости – называется электрической ёмкостью, электроёмкостью или просто ёмкостью конденсатора. С = ;

Электрической ёмкостью конденсатора называется физическая величина, которая численно равна отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Чем больше площадь проводников и чем меньше пространство заполняющего диэлектриком, тем больше увеличивается ёмкость обкладок конденсатора.

С = =

Измеряется электрическая ёмкость в Международной системе СИ в Фарадах. Эта единица имеет своё название в честь английского физика экспериментатора Майкала Фарадея который внёс большой вклад в развитие теории электромагнетизма. Один Фарад равен ёмкости такого конденсатора, между пластинами которого возникает напряжение, равное одному Вольту, при сообщении заряда в один Кулон.

Электрическая ёмкость конденсаторов определяется их конструкцией, самыми простыми из них являются плоские конденсаторы.

Чем больше площадь взаимного перекрытия обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем значительнее будет увеличение ёмкости обкладок конденсатора. При заполнении в пространство между обкладками стеклянной пластины, электрическая ёмкость конденсатора значительно увеличивается, получается, что она зависит от свойств используемого диэлектрика.

Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его обкладок, расстояния между ними диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками и определяется по формуле:

C = где – электрическая постоянная

Для того чтобы получить необходимую определённую ёмкость, берут несколько конденсаторов и собирают их в батарею применяя при этом параллельное, последовательное или смешанное соединения.

Параллельное соединение:

q = q₁ + q₂ + q₃

u = u₁ = u₂ = u₃

с = с₁+с₂+с₃

с = n∙с

Последовательное соединение:

q = q₁ = q₂ = q₃

u = u₁ + u₂ + u₃

= + +

с = n

Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.

u = Еd W =

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин, это поле совершает положительную работу. При этом энергия электрического поля уменьшается.

W = = =

Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.

W = =

Решение задач.

1.

Плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого равно 3 мм, заряжен до напряжения 150 В и отключен от источника питания. Разность потенциалов между пластинами возросла до 300 В.

1. Во сколько раз увеличилась разность потенциалов между пластинами?

2. На какое расстоянии при этом были раздвинуты пластины конденсатора?

3. Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.

Решение:

Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:

С = =

1.По условию разность потенциалов увеличилось в два раза. U₁ = 150В→ U₂ = 300В

2.По условию = 3мм, если разность потенциалов увеличилось в два раза, по формуле соответственно и расстояние между пластинами увеличилось в два раза, и =2·3мм=6мм

3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.

Ответ:

1. 2

2. 6мм

3. 2

2.

Конденсатор электроёмкостью 20 мкФ имеет заряд 4 мкКл. Чему равна энергия заряженного конденсатора?

Дано:

С = 20 мкФ = 20 · 10^-6Ф

q = 4мкКл = 4·10^-6Кл

W- ?

Решение:

Энергия заряженного конденсатора W через заряд q и электрическую ёмкость С определяется по формуле:

W = ; W = = 0,4мкДж

Ответ: W = 0,4мкДж

Основная и дополнительная литература по теме:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – стр 321-330

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. –стр 97-100

Дополнительные источники.

Интернет — ресурсы:

www.physbook.ru/index.php/Kvant._Конденсатор_в_коробке

http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Энергия_электрического_поля

Конспект урока физики «Конденсаторы. Короткое замыкание. Предохранители»; 8 класс — К уроку — Физика и астрономия

Усвоение новых знаний

Словесные, практические                                                           Практические                                                                                 Практические

У стройством, позволяющим накапливать заряды, является конденсатор (от лат. Condensare — сгущение). Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых металлических пластин — обкладок, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга и разделённых слоем диэлектрика, например воздуха (рис. 83). Толщина диэлектрика в сравнении с размерами обкладок небольшая. О бозначение на схеме – После отключения электрофорной машины заряды на пластинах и электрическое поле между ними сохранятся. Если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то по проводнику некоторое время будет проходить ток. Значит, заряженный конденсатор является источником тока.       Т ипы конденсаторов     По виду диэлектрика По форме обкладок           твердый диэлектрик жидкий диэлектрик газообразный диэлектрик   плоские цилиндрические сферические               Свойство конденсатора накапливать электрические заряды характеризуется электроёмкостью, или ёмкостью. Отношение заряда к напряжению будет оставаться постоянным:   Величина, измеряемая отношением заряда одной из пластин конденсатора к напряжению между пластинами, называется электроёмкостью конденсатора. Электроёмкость конденсатора вычисляется по формуле: C = q / U За единицу ёмкости в СИ принимается фарад (Ф), название дано в честь английского физика Майкла Фарадея. Электроёмкость конденсатора равна единице, если при сообщении ему заряда 1 Кл возникает напряжение 1В. 1 Ф — это очень большая ёмкость, поэтому на практике используют микрофарад (мкФ) и пикофарад (пФ). 1 мкФ = 10-6 Ф; 1 пФ = 10-12 Ф.     Чем отличается ноутбук от персонального компьютера? Во всех ноутбуках, смартфонах, планшетах есть индикатор зарядки. Что это показывает? Выясним, от чего зависит ёмкость конденсатора. Демонстрация Чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость конденсатора. При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора при неизменном заряде ёмкость конденсатора увеличивается. При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается. Конденсатор, как и любое заряженное тело, обладает энергией. Проверим это на опыте. Зарядим конденсатор и подсоединим к нему электрическую лампочку. Лампочка ярко вспыхнет. Это свидетельствует о том, что заряженный конденсатор обладает энергией. Энергия конденсатора превращается во внутреннюю энергию нити накаливания лампы и проводов. Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно было совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. В соответствии с законом сохранения энергии, совершённая работа А равна энергии конденсатора Е, т. е. А = Е, где Е — энергия конденсатора. Работу, которую совершает электрическое поле конденсатора, можно найти по формуле: А = qUcp, где Uср — это среднее значение напряжения. Поскольку в процессе разрядки напряжение не остаётся постоянным, необходимо найти среднее значение напряжения: Uср = U/2; тогда А = qUср = qU/2, так как q = CU, то А = CU2/2. Значит, энергия конденсатора ёмкостью С будет равна: W = CU2/2 Конденсаторы могут длительное время накапливать энергию, а при разрядке они отдают её почти мгновенно. Свойство конденсатора накапливать и быстро отдавать электрическую энергию широко используется в электротехнических и электронных устройствах, в медицинской технике (рентгеновская техника, устройства электротерапии), при изготовлении дозиметров, аэрофотосъёмке. ОПЫТ Что будет если соединить клеммы аккумулятора без нагрузки?   Короткое замыкание – явление резкого возрастания силы тока в цепи при замыкании источника тока на очень малое сопротивление.   Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если пo той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция – воспламениться.  Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало пo сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении оголенных проводов.  Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей – сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке   ФИЗКУЛЬТМИНУТКА Групповая работа решение ребуса.

Ноутбук заряжается, а ПК работает от сети. Индикатор зарядки показывает какое количество заряда осталось в аккумуляторе телефона и т.д.                                                                     Короткое замыкание.

Познавательные УУД: Получать дополнительную информацию Коммуникативные УУД: вступать в дискуссии, строить эффективное взаимодействие со сверстниками и взрослыми Личностные УУД: Нравственно- этическое оценивание Регулятивные УУД: саморегуляция, комментированное оценивание                                                                               Познавательные УУД: Получать дополнительную информацию Коммуникативные УУД: вступать в дискуссии, строить эффективное взаимодействие со сверстниками и взрослыми Личностные УУД: Нравственно- этическое оценивание Регулятивные УУД: саморегуляция, комментированное оценивание

Физика Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора

Как накопить электрические заряды? Решая эту задачу, профессор Мушенбрук  из города Лейдена в 1745 году использовал стеклянную банку, наполненную водой. Он опустил в нее медную проволоку, висевшую на кондукторе электрической машины и, взяв банку в правую руку, попросил помощника вращать шар машины. После того как в банке накопилось достаточно зарядов, он решил левой рукой отсоединить медную проволоку. При этом он ощутил сильный удар, ему показалось, что «пришел конец».
При любом способе заряжения проводников первоначально нейтральные тела заряжаются вследствие того, что некоторая часть заряженных частиц переходит от одного тела к другому. Обычно этими частицами являются электроны. Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов, то есть напряжение. С увеличением напряжения электрическое поле между проводниками усиливается. В сильном электрическом поле, то есть при большом напряжении диэлектрик, например, воздух становится проводящим. Наступает так называемый пробой диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, и они разряжаются. Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно на них накопить.
Введем физическую величину, характеризующую способность двух проводников накапливать электрический заряд. Эту величину называют электроемкостью. Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним. 
Электроемкость определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды. Электроемкость двух проводников равна единице, если при сообщении им зарядов +1 кулон и -1 кулон между ними возникает разность потенциалов 1 вольт. Эту единицу называют фарад (Ф).
Радиус земли равен 6400 км. Электроемкость Земли равна семь десятых милифарад. 1 фарад- это огромная величина.
Систему проводников очень большой электроемкости можно обнаружить в любом радиоприемнике, можно купить в магазине. Называется она конденсатором. Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случае называются обкладками конденсатора.
Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то силовые линии электрического поля начинаются на положительно заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно заряженной. Поэтому почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например, к полюсам батареи аккумуляторов. Можно также соединить одну обкладку с полюсом батареи, у которой другой полюс заземлен, а вторую обкладку конденсатора заземлить. Тогда на заземленной обкладке останется заряд, противоположный по знаку и равный по модулю заряду другой обкладки. Такой же по модулю заряд уйдет в землю. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок.
Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют на разность потенциалов между его обкладками. Поэтому электроемкость конденсатора почти не зависит от наличия вблизи него каких-либо других тел. Геометрия плоского конденсатора полностью определяется площадью (эс) S его пластин и расстоянием (дэ) d  между пластинами. От этих величин и должна зависеть емкость плоского конденсатора. Кроме того, емкость зависит от свойств диэлектрика между пластинами. Так как поле в диэлектрике ослабевает, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается.  
Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы, а заряды равны произведению электроемкостей на заряд обкладок. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости (цэ) C, заряженный зарядом, равным сумме зарядов каждого конденсатора при напряжении между обкладками равном (у) U. Отсюда следует, что при параллельном соединении конденсаторов электроемкость системы равна сумме электроемкостей каждого конденсатора.
При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов, а напряжения на них равны отношению заряда к электроемкости конденсатора. Следовательно, при последовательном соединении  конденсаторов складываются обратные величины емкостей. 
Условное изображение конденсатора в схемах электрических цепей такого:
конденсатор постоянной емкости, конденсатор переменной емкости.
В зависимости от назначения конденсаторы делятся по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, бумажные, керамические;
по форме обкладок: плоские, сферические, цилиндрические, желудевые, пальчиковые;
по величине емкости: постоянные, переменные электролитические.
Конденсаторы имеют различное устройство. Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого размера. 
В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроемкости. Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входит одна в другую. При этом меняются площади перекрывающихся частей пластин и, следовательно, их электроемкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух.
Значительного увеличения электроемкости за счет уменьшения расстояния между обкладками достигают в так называемых электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит очень тонкая пленка оксидов, покрывающих одну из обкладок (полосу фольги). Второй обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества – электролита.
В радиотехнике применяются слюдяные конденсаторы небольшой ёмкости (от десятков до десятков тысяч пикофарад). В них листки станиоля прокладываются слюдой так, что все нечётные листки станиоля, соединённые вместе, образуют одну обкладку конденсатора, тогда как чётные листки образуют другую обкладку. Внешний вид и отдельные части такого конденсатора показаны на рисунке. Эти конденсаторы могут работать при напряжениях от сотен до тысяч вольт.
В последнее время слюдяные конденсаторы в радиотехнике начали заменять керамическими. Диэлектриком в них служит специальная керамика. Обкладки керамических конденсаторов изготавливаются в виде слоя серебра, нанесённого на поверхность керамики и защищённого слоем лака. Керамические конденсаторы изготавливаются на ёмкости от единиц до сотен пикофарад и на напряжении от сотен до тысяч вольт.
Рассмотрим цилиндрический и шаровой конденсаторы. Электроемкость как цилиндрического конденсатора так и шарового пропорциональна отношению площади основания (эс) S к расстоянию между внешней и внутренней обкладкой (дэ) d .
Как и любая система заряженных тел, конденсатор обладает энергией. Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии, эта работа равна энергии конденсатора. В том, что заряженный конденсатор обладает энергией, можно убедиться, если разрядить его через цепь, содержащую лампу накаливания, рассчитанную на напряжение в несколько вольт. При разрядке конденсатора лампа вспыхивает. Энергия конденсатора превращается в другие формы: тепловую, световую.
Напряженность поля, созданного зарядом одной из пластин, равна (е пополам) E/2, где (е) E — напряженность поля в конденсаторе. В однородном поле одной пластины находится заряд (кю) q , распределенной по поверхности другой пластины. Следовательно, энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора, напряженности поля и расстояния между пластинами конденсатора. Так как произведение напряженности поля и расстояния между обкладками равна напряжению, то его энергия равна половине произведения заряда конденсатора на подаваемое напряжение. Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин вплотную. 
Для любого конденсатора энергия равна половине произведения электроемкости и квадрата напряжения.
Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна разности потенциалов, то и энергия конденсатора прямо пропорциональна напряженности электрического поля внутри его. 
Приближение к проводнику другого проводника увеличивает их емкость. Помещение проводника в диэлектрик увеличивает его емкость. Эти свойства конденсатора рассмотрим на опыте.
К электрометру присоединены два металлических диска, разделенные воздухом – газообразным диэлектриком. Зарядим левую из них при помощи заряженной палочки. Благодаря явлению электростатической индукции, правый диск тоже зарядится. На протяжении опыта оба заряда будут постоянными. Вспомним, что электрометр измеряет электрическое напряжение. Сблизив диски, обнаружим, что показания электрометра уменьшаются. Раздвинем диски и обнаружим, что показания электрометра, то есть электрическое напряжение возрастает. Внесем между дисками пластмассовую пластину – твердый диэлектрик. Электрическое напряжение на дисках падает.
Ответим на вопрос: каким образом изменяется энергия, напряженность электрического поля, напряжение, заряд и емкость конденсатора при увеличении расстояния между его обкладками?
Если конденсатор остается подключенным к источнику напряжения, то напряжение по условию не изменяется, а все остальные вышеперечисленные величины уменьшаются. Если же конденсатор зарядили и отключили от источника напряжения, то напряженность поля не изменяется, электроемкость падает, напряжение и энергия поля возрастают.
Энергия конденсатора обычно не очень велика – не более сотен джоулей. К тому же она не сохраняется долго из-за неизбежной утечки заряда. Поэтому заряженные конденсаторы не могут заменить, например, аккумуляторы в качестве источников электрической энергии. Но они имеют одно важное свойство: конденсаторы могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при разрядке через цепь малого сопротивления они отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство используют широко на практике. Лампа-вспышка, применяемая в фотографии, питается электрическим током разряда конденсатора, заряжаемого предварительно специальной батареей. Возбуждение квантовых источников света – лазеров, осуществляется с помощью газоразрядной трубки, вспышка которой происходит при разряде батареи конденсаторов большой электроемкости. Однако основное применение конденсаторы находят в радиотехнике.

Электроемкость. Энергия электрического поля | Физика

1. Электроемкость

В курсе физики основной школы вы уже познакомились с конденсатором – устройством, предназначенным для накопления электрических зарядов.
Например, плоский конденсатор (рис. 54.1) состоит из двух параллельных пластин, расстояние между которыми намного меньше их размеров. Эти пластины называют обкладками конденсатора.

Между обкладками конденсатора находится диэлектрик. Им может быть, например, воздух. Но чаще пространство межу обкладками заполняют жидким или твердым диэлектриком.

Если сообщить обкладкам конденсатора равные по модулю, но противоположные по знаку электрические заряды, то поле, созданное этими зарядами, будет сосредоточено практически полностью между обкладками (см. рис. 51.6).

Зарядом конденсатора называют модуль заряда любой из го обкладок (напомним, что разноименные заряды на обкладках конденсатора равны по модулю).

Если увеличить заряды обкладок конденсатора, скажем, 3 раза, то при этом напряженность поля между обкладками увеличится также в 3 раза. Значит, в 3 раза увеличится и работа поля по перемещению заряда с одной обкладки на другую. Следовательно, напряжение между обкладками увеличится тоже в 3 раза.

Это рассуждение показывает, что напряжение между обкладками конденсатора прямо пропорционально заряду конденсатора. Поэтому отношение заряда q конденсатора к напряжению U между его обкладками не зависит ни от заряда, и от напряжения. Следовательно, это отношение является характеристикой самого конденсатора.

Отношение заряда конденсатора к напряжению между его обкладками называют электроемкостью:

C = q/U. (1)

Единица электроемкости. Единицей электроемкости является 1 фарад (Ф). Эта единица названа в честь английского ученого Майкла Фарадея.

1Ф = 1 Кл / 1 В.

Если конденсатор имеет электроемкость 1 Ф, то при заряде 1 Кл напряжение между его обкладками равно 1 В. Это очень большая электроемкость, поэтому для практических целей используют такие единицы электроемкости как микрофарад (10^-6 Ф) и пикофарад (1 пФ = 10^-12 Ф).

? 1. Чему равен заряд конденсатора, если его электроемкость равна 5 мкФ, а напряжение между его обкладками 200 В?

? 2. Как изменится электроемкость конденсатора, если:
а) заряд конденсатора увеличить в 2 раза?
б) напряжение между обкладками конденсатора уменьшить в 3 раза?

От чего зависит электроемкость плоского конденсатора?

Поставим опыт
Соединим одну из обкладок школьного демонстрационного конденсатора с корпусом электрометра, а другую – с его стержнем (рис. 54.2, а).

Зарядим конденсатор и начнем сближать обкладки. Мы увидим, что показания электрометра уменьшаются (рис. 54.2, б). Это означает, что разность потенциалов (напряжение) между обкладками уменьшается.

Поскольку заряд обкладок остается при этом неизменным, из формулы C = q/U следует, что при уменьшении расстояния между обкладками электроемкость конденсатора увеличивается.

Если при неизменном расстоянии между пластинами конденсатора внести между ними диэлектрик (например, лист органического стекла), то разность потенциалов между пластинами уменьшится. Это указывает на то, что емкость конденсатора увеличилась.

Изменяя площадь пластин конденсатора, мы увидим, что при увеличении площади пластин емкость конденсатора увеличивается.

Более точные опыты и расчеты показывают, что электроемкость плоского конденсатора выражается формулой

C = (εε₀S)/d, (2)

где S – площадь одной из обкладок, d – расстояние между ими, ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между ними, ε₀ = 8,85 * 10^-12 Кл² / (Н * м²) (так называемая электрическая постоянная).

? 3. Как изменится электроемкость конденсатора, если:
а) площадь его обкладок увеличить в 3 раза?
б) расстояние между обкладками уменьшить в 2 раза?
в) заполнить пространство между обкладками диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 4?

Соотношение между напряжением на конденсаторе и напряженностью поля между его обкладками. В пространстве между обкладками плоского конденсатора электрическое поле можно считать практически однородным. Поэтому если расстояние между ними обозначить d, получим следующее соотношение (см. § 53):

E = U/d.

? 4. Чему равен заряд плоского конденсатора, если его электроемкость 20 пФ, напряженность поля между обкладками 50 кВ/м, а расстояние между обкладками равно 5 мм?

? 5. Расстояние между обкладками плоского конденсатора увеличили в 3 раза при неизменном заряде. Как изменились напряжение между обкладками и напряженность поля?

2. Энергия заряженного конденсатора

Поставим опыт
Замкнем обкладки заряженного конденсатора через лампочку накаливания. Мы увидим, что при разрядке конденсатора лампочка вспыхнет. Это означает, что заряженный конденсатор обладает энергией.

Предположим, что мы раздвигаем обкладки заряженного конденсатора, начальное расстояние между которыми практически равно нулю. Раздвигая пластины, мы совершаем положительную работу, потому что разноименно заряженные обкладки притягиваются. При этом согласно закону сохранения энергии потенциальная энергия конденсатора возрастает. Расчет показывает, что она увеличивается на

W_p = qU/2, (3)

где q – модуль заряда обкладки (заряд конденсатора), U – напряжение между его пластинами. Это и есть энергия заряженного конденсатора.

Множитель ½ в формуле (3) обусловлен тем, что, раздвигая пластины конденсатора, мы перемещаем каждую из них в поле, созданном зарядом одной (другой) пластины. А напряженность поля, создаваемого одной обкладкой, в 2 раза меньше модуля напряженности поля между обкладками.

? 6. Докажите, что энергия заряженного конденсатора выражается также формулами

Wp = q²/2C, (4)
Wp = CU²/2. (5)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой C = q/U.

Из формулы (4) следует, что энергия заряженного конденсатора обратно пропорциональна его электроемкости, а из формулы (5) следует, что она, наоборот, прямо пропорциональна электроемкости. Не противоречат ли эти формулы одна другой?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, как изменяется энергия конденсатора при изменении его электроемкости. Конденсаторы, электроемкость которых можно изменять, широко используются, особенно в радиотехнике: например, с их помощью настраивают радиоприемник на волну той или иной радиостанции (подробнее мы расскажем об этом в курсе физики 11-го класса). Такие конденсаторы называют конденсаторами переменной емкости.

Например, в описанном выше опыте (см. рис. 54.2) электроемкость конденсатора увеличивалась при сближении его пластин.

Исследуя зависимость энергии конденсатора от его электроемкости, очень важно учитывать, какая величина остается неизменной при изменении электроемкости: заряд конденсатора или напряжение между его пластинами.

? 7. Электроемкость конденсатора увеличивают в 3 раза при неизменном заряде.
а) Найдите изменение энергии конденсатора, используя формулу (4).
б) Как изменилось напряжение между обкладками конденсатора?
в) Найдите изменение энергии конденсатора, используя формулу (5).

? 8. Электроемкость конденсатора увеличивают в 3 раза при неизменном напряжении между обкладками.
а) Найдите изменение энергии конденсатора, используя формулу (5).
б) Как изменился заряд конденсатора?
в) Найдите изменение энергии конденсатора, используя формулу (4).

Таким образом, мы видим, что противоречия между формулами (4) и (5) нет: обе эти формулы дают одинаковое значение энергии конденсатора, если принять во внимание, что заряд конденсатора и напряжение между его обкладками связаны соотношением C = q/U.

3. Энергия электрического поля

Потенциальную энергию зарядов в электрическом поле важно рассматривать также как энергию электрического поля. При перемещении зарядов друг относительно друга энергия созданного этими зарядами электрического поля изменяется.

Например, раздвигая заряженные обкладки конденсатора, мы совершаем положительную работу, потому что обкладки притягиваются друг к другу. Согласно закону сохранения энергии совершенная работа равна увеличению энергии электрического поля. Увеличивая расстояние между пластинами, мы увеличиваем объем пространства, занятый электрическим полем: на рисунке 54.3, а, б занятая электрическим поем область пространства для наглядности выделена светлым.

Расчеты показывают, что для однородного поля энергия электрического поля в заданной области пространства пропорциональна объему этой области и квадрату напряженности поля.

Дополнительные вопросы и задания

9. Все размеры воздушного конденсатора уменьшили в 2 раза и затем заполнили пространство между его обкладками диэлектриком.
а) Как изменилась электроемкость конденсатора вследствие уменьшения его размеров?
б) Чему равна диэлектрическая проницаемость диэлектрика, если после заполнения им пространства между обкладками значение электроемкости конденсатора стало равно первоначальному?

10. Маленький заряженный шарик подвешен на нити между вертикально расположенными пластинами воздушного конденсатора. Масса шарика 0,2 г, заряд 30 нКл, расстояние между пластинами 5 см. Нить отклонена на угол 30º от вертикали.
а) Изобразите на чертеже все силы, действующие на шарик.
б) Чему равна сила, действующая на шарик в электростатическом поле?
в) Чему равна напряженность поля между пластинами конденсатора?
г) Чему равна разность потенциалов между пластинами конденсатора?

11. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого равна 7. Заряды пластин конденсатора остаются неизменными. Как изменится при удалении диэлектрика:
а) электроемкость конденсатора?
б) разность потенциалов между его пластинами?
в) энергия конденсатора?

12. Пространство между пластинами воздушного конденсатора заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε и уменьшают расстояние между пластинами в 2 раза. При этом разность потенциалов между пластинами поддерживают неизменной.
а) Как изменяется электроемкость конденсатора?
б) Как изменяется заряд конденсатора?
в) Как изменяется энергия конденсатора?

Электричество — Конденсаторы — Физика 299

Электричество — Конденсаторы — Физика 299

« Раньше я задавался вопросом, как получается, что электрон отрицательный. Отрицательно-положительно они идеально симметричны по физика. Нет никаких причин предпочесть один Другие. Тогда почему электрон отрицательный? Я думал об этом долгое время и, наконец, все, что я мог подумать, было: «Он выиграл Борьба!’ «
Альберт Эйнштейн

Расчет емкости

• Конденсатор — это система из двух изолированных проводов.
  

• Конденсатор с параллельными пластинами простейший пример. Когда два проводника равны, но противоположного заряда, поле E между пластинами может быть найдено простым применением закона Гаусса.

Предполагая, что пластины достаточно большие, чтобы E поле между ними однородно и направлено перпендикулярно, то применяя закон Гаусса к поверхности S ₁ , находим,

, где A — площадь S ₁ перпендикулярно полю E , а σ — поверхность плотность заряда на пластине (предполагается однородной). Следовательно, везде между тарелками

.

• Разность потенциалов между пластинами может быть найдено из

где A и B — точки, по одной на каждой пластина, и мы интегрируем вдоль линии поля E , d — расстояние между пластинами, A — площадь пластины, q — расстояние между пластинами. общий заряд на любой пластине.

• Емкость (емкость) этого конденсатора составляет определяется как,

В электроэнергетической компании: «Будем рады, если вы отправьте свой счет. Однако, если вы этого не сделаете, так и будет «.

Др.К. Л. Дэвис
Физический факультет
Университет Луисвилля
электронная почта : [email protected]

Конденсаторы

— AP Physics C Electricity

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Конденсаторы

— обзор | Темы ScienceDirect

2.2.2 Ультра- или суперконденсаторы

Конденсаторы — это устройства хранения энергии, в которых в качестве механизма хранения используется заряд.Обычный конденсатор с зарядом + Q на одной пластине, — Q на другой и напряжением В между ними имеет запасенную энергию, равную 1/2 QV . Почти во всех конденсаторах между пластинами используется диэлектрический материал, который оптимизирует распределение заряда. Диэлектрические конденсаторы могут обеспечивать удельную мощность, во много раз превышающую 1 кВт / кг, и иметь очень длительный срок службы, тогда как батареи обеспечивают менее 0,2 кВт / кг и имеют меньшее количество циклов (обычно 100–1000).Однако диэлектрические конденсаторы имеют плотность энергии менее 1 Втч / кг, тогда как батареи могут обеспечивать более 100 Втч / кг. Таким образом, применение диэлектрических конденсаторов явно ограничено конкретными задачами, требующими высокой мощности при высоких напряжениях в течение очень коротких периодов времени (например, для лазеров). Подобные ограничения имеют сверхпроводящие индукционные системы.

Суперконденсаторы (скэпы) или электрохимические конденсаторы (ЭК), которые имеют в 500000 раз большую емкость, чем обычные конденсаторы, могут обеспечивать выходную мощность более 1 кВт / кг в сочетании с удельной энергией более 5 Втч / кг и высокой цикличностью в несколько тысяч единиц. циклы перезарядки.Крышки, также известные как ультраконденсаторы или электрохимические двухслойные конденсаторы, состоят из углерода или других материалов с большой площадью поверхности в качестве проводника и электролита. Применения включают мощность ускорения для электрических и гибридных транспортных средств, электрическую рекуперативную тормозную систему хранения, силовые агрегаты, пусковую мощность для топливных элементов, импульсную мощность для мобильных и беспроводных телекоммуникаций, а также бытовые и промышленные электронные устройства.

В отличие от аккумуляторов, лом должен быть связан с системой электроснабжения.Их можно использовать в качестве энергетических буферных банков, чтобы минимизировать ограничения энергоснабжения. В сочетании с батареями они могут снизить пиковую потребляемую мощность, продлить срок службы батареи и уменьшить потребность в энергии (или размер) батареи. Батареи обеспечивают энергию, а батареи — мгновенную необходимую мощность. В зависимости от конфигурации, подвесные системы могут использоваться как источник энергии и как буфер, или они могут применяться как выравниватель нагрузки для лифтов. Скэпы работают в фотоэлектрических системах или в стационарных промышленных энергетических установках; как не требующие обслуживания твердотельные альтернативы батареям для кратковременного переключения в системах ИБП; или для буферизации пиковой нагрузки, чтобы повысить эффективность и уменьшить размер и стоимость стационарных систем.Ожидается, что по мере снижения затрат на материалы недорогие отходы станут стандартным вариантом систем хранения энергии для потребительской электроники, промышленности и транспорта.

Практические задачи: решения емкости — Physics-prep.com

Практические проблемы: решения конденсаторов

1. (легко) Определите количество заряда, накопленного на любой пластине конденсатора (4×10 ^-6 F) при подключении к 12-вольтовой батарее.
C = Q / V
4×10 ^-6 = Q / 12
Q = 48×10 ^-6 C

2.(легко) Если расстояние между пластинами конденсатора составляет 2,0×10 ^-3 м, определите площадь пластин, если емкость равна точно 1 F.
C = ε _o A / d
1 = (8,85×10 ^-12 ) A / (2,0×10 ^-3 )
A = 2,3×10 ⁸ м ²

3. (умеренное) Рассчитайте напряжение батареи, подключенной к конденсатору с параллельными пластинами с площадью пластины 2,0 см ² и расстояние между пластинами 2 мм, если на пластинах хранится заряд 4.0пК.
Площадь = 2,0 см ² (1 м / 100 см) ² = 2,0×10 ^-4 м ²
C = ε _o A / d
C = (8,85×10 ^-12 ) ( 2,0×10 ^-4 ) / (2,0×10 ^-3 )
C = 8,85×10 ^-13
C = Q / V
8,85×10 ^-13 = 4,0×10 ^-12 / V
V = 4,5 вольт

4. (простой) Конденсатор с параллельными пластинами состоит из металлических пластин, каждая площадью 0,2 м ² . Емкость 7,9 нФ.Определите расстояние между пластинами.
C = ε _o A / d
7,9×10 ^-9 = 8,85×10 ^-12 (0,2) / d
d = 2,2×10 ^-4 m = 0,22 мм

5. (легкий) Конденсатор (параллельная пластина) заряжается батареей постоянного напряжения. Как только конденсатор достигает максимального заряда, аккумулятор удаляется из цепи. Опишите любые изменения, которые могут произойти в перечисленных здесь количествах, если пластины будут сдвинуты ближе друг к другу.
а. Заряд (Заряд, отложенный на пластинах, не меняется, когда аккумулятор извлекается, и, таким образом, заряд и плотность заряда остаются такими же, когда пластины перемещаются ближе друг к другу.)
б. Емкость (Поскольку емкость составляет C = ε _o А / день, а площадь не меняется, любое уменьшение расстояния между пластинами (d) приведет к увеличению емкости.)
c. Напряжение (поскольку C = Q / V и заряд не меняется, увеличение емкости означает уменьшение напряжения.)
d. E-поле (Так как ΔV = -Ed, E-поле останется таким же, как и напряжение, и расстояние уменьшатся пропорционально.)

6. (умеренно) Чипы оперативной памяти используются в компьютерах для хранения двоичной информации в виде «единиц» и «нулей».Один из распространенных способов сохранить «единицу» — зарядить очень маленький конденсатор. Конечно же, тот же конденсатор без заряда представляет собой «ноль». Микросхема памяти содержит миллионы таких конденсаторов, каждый из которых соединен с транзистором (который действует как переключатель), образуя «ячейку памяти». Типичный конденсатор в ячейке памяти может иметь емкость 3×10 ^-14 F. Если напряжение на конденсаторе, показывающее «единицу», составляет 0,5 В, определите количество электронов, которые должны двигаться по конденсатору, чтобы зарядить его.
C = Q / V
3×10 ^-14 = Q / (0,5)
Q = 1,5×10 ^-14 C
# электроны = Полный заряд / заряд на электрон
# электроны = 1.5×10 ^-14 /1,6 x10 ^-19
#electrons = 93750 электронов

7. (легко) C ₁ = 10 F и C ₂ = 5 F. Определите эффективную емкость для C ₁ и C ₂ , соединенных последовательно и параллельно.
Последовательно:
1 / C = 1 / C ₁ + 1 / C ₂
1 / C = 1/10 + 1/5
C = 3.3 F
Параллельно:
C = C ₁ + C ₂
C = 10 + 5 = 15 F

8. (умеренно) Если два рассматриваемых конденсатора №7 были подключены к 50-вольтовой батарее, определите напряжение на конденсаторах для каждого типа подключения.
Для последовательного соединения:
Заряд каждого конденсатора такой же, как заряд эффективной емкости.
C = Q / V
3,3 = Q / 50
Q = 165 C
Для конденсатора 10F:
10 = 165 / V
V = 17 В
Для конденсатора 5 F:
5 = 165 / V
V = 33 В
Для параллельного подключения:
Напряжение на каждом конденсаторе одинаковое (50 В).

9. (средний) Оцените схему, показанную ниже, чтобы определить эффективную емкость, а затем заряд и напряжение на каждом конденсаторе.

Эквивалентная емкость 4 мкФ. Напряжение на эквивалентном конденсаторе составляет 20 вольт.
Это напряжение также присутствует на обоих конденсаторах по 2 мкФ, которые были созданы последовательными комбинациями в каждой ветви.
Найдите заряд на каждом конденсаторе емкостью 2 мкФ:
C = Q / V
2 мкФ = Q / 20
Q = 40 мкКл
Конденсаторы 4 мкФ в каждой ветви имеют такой же заряд, как и конденсаторы 2 мкФ.Используйте это, чтобы найти напряжение на каждом:
C = Q / V
4 мкФ = 40 мкКл / В
V = 10 вольт
Таким образом, каждый из исходных конденсаторов 4 мкФ имеет заряд 40 мкКл и напряжение 10 вольт.

10. (средний) Оцените схему, показанную ниже, чтобы определить эффективную емкость, а затем заряд и напряжение на каждом конденсаторе.

Эффективная емкость составляет 6 мкФ при напряжении 100 В.
Напряжение на конденсаторах 4 мкФ и 2 мкФ также равно 100 В.
Заряд на конденсаторе 4 мкФ:
C = Q / V
4 мкФ = Q / 100
Q = 400 мкКл
Заряд конденсатора 2 мкФ:
C = Q / V
2 мкФ = Q / 100
Q = 200 мкКл
Все три конденсатора по 6 мкФ также имеют заряд 200 мкКл.
Найдите напряжение для конденсаторов 6 мкФ:
C = Q / V
6 мкФ = 200 мкКл / В
V = 33,3 В

11. (умеренное) Оцените схему, показанную ниже, чтобы определить эффективную емкость, а затем заряд и напряжение на каждом конденсаторе.

Эквивалентная емкость 6 мкФ. Напряжение на эквивалентной емкости равно 40 В, как и напряжение на конденсаторах 3 мкФ, и такое же, как на конденсаторах 1 мкФ и 2 мкФ.
Найдите заряд на конденсаторе 1 мкФ:
C = Q / V
1 мкФ = Q / 40
Q = 40 мкКл
Найдите заряд на конденсаторе 2 мкФ:
C = Q / V
2 мкФ = Q / 40
Q = 80 мкКл
Найдите заряд конденсаторов 3 мкФ:
C = Q / V
3 мкФ = Q / 40
Q = 120 мкКл
Это одинаковый заряд на каждом из конденсаторов 6 мкФ.
Найдите напряжение на каждом из конденсаторов по 6 мкФ:
C = Q / V
6 мкФ = 120 мкКл / В
V = 20 В

Конденсаторы — Видео с физикой от Brightstorm

Хорошо, теперь давайте поговорим об очень, очень важном элементе схемы, называемом конденсатором. Хорошо, теперь мы знаем, для чего батареи предназначены? Что ж, они должны наложить постоянную разность потенциалов и пропустить ток через цепь. Что такое резисторы? Работа резисторов заключается в использовании энергии, это то, что делает резистор. Все, что использует энергию, можно рассматривать как резистор.Что за работа у провода? Работа провода заключается в том, чтобы передавать ток от одной стороны батареи к другой, чтобы позволить току течь между элементами схемы. Так в чем же дело конденсаторов? Конденсатор предназначен для хранения заряда и энергии, поэтому точно так же, как резистор использует энергию, конденсатор накапливает энергию. Итак, конденсаторы выглядят как две пластины, на самом деле они не всегда такие, но вы можете думать о них так. 2 пластины, разделенные расстоянием, и что мы собираемся сделать, так это зарядить эту пластину.

Хорошо, теперь главный вопрос — насколько он хорош? Другими словами, какова его емкость? Ну вот идея, чем больше заряда я храню здесь, тем больше будет разность потенциалов между пластинами. Потому что, если бы я взял другой заряд, допустим, это был положительный заряд, он бы скорее был на отрицательной пластине, чем на положительной пластине, потому что положительные заряды не похожи на другие положительные заряды. Таким образом, чем больше заряда я храню, тем больше будет разница потенциалов.И что мы собираемся сделать, так это определить емкость как количество заряда, которое я могу сохранить, деленное на разность потенциалов. Это означает, что если я могу хранить много заряда без огромной разницы потенциалов, то я получу очень, очень большую емкость. Если, с другой стороны, даже для хранения небольшого заряда требуется огромная разность потенциалов, тогда у меня будет действительно небольшая емкость. Итак, это определение емкости, мы запишем ее в терминах символов: c равен заряду, который равен q, деленному на разность потенциалов, и иногда люди пишут здесь дельта v, но давайте пока оставим это с v.

Хорошо, какова должна быть единица измерения, ну, как и все в СИ, все в СИ, теперь мы собираемся называть это Фарадом, но 1 Фарад равен 1 Кулону, сохраненному на вольт разности потенциалов. Такова идея деления заряда емкости на разность потенциалов. Чем больше у вас заряда, тем больше разность потенциалов на конденсаторе. Хорошо, теперь давайте подумаем об этом. Я хочу подумать об этом конденсаторе с параллельными пластинами и какой у него должна быть емкость.Ну вот идея, причина того, что у нас есть ограничения на емкость, заключается в том, что этот заряд заставляет собираться рядом с собой, и ему это не нравится. Положительные заряды, как и отрицательные, им не нравятся другие положительные заряды, но я могу сделать это нормально, если площадь этой пластины действительно большая. Чем больше площадь, тем больше места для этого заряда, и тем меньше он заботится о том, чтобы он сидел рядом друг с другом.

Вы можете думать о разнице потенциалов как о том, насколько хорошо заботится заряд, поэтому наша емкость должна быть пропорциональна площади пластин этого конденсатора с параллельными пластинами.Хорошо, еще одно геометрическое свойство этого конденсатора с параллельными пластинами — насколько далеко друг от друга расположены пластины? Итак, у нас есть область, а затем у нас есть расстояние друг от друга. Теперь давайте подумаем об этом, чем дальше друг от друга пластины, тем на большее расстояние мы разделяем этот заряд, и заряд не хочет разделяться. Итак, если мы поставим две тарелки очень близко друг к другу, тогда они скажут, что вы знаете, что да, нам не нравится быть разделенными, но это почти как если бы мы не были разделены. Таким образом, мы можем хранить больше с меньшей разностью потенциалов, а это означает, что, когда расстояние между пластинами становится меньше, емкость становится больше, я могу хранить больше, потому что им все равно, что они на самом деле не так сильно разделены.Это означает, что емкость должна быть пропорциональна 1 на расстоянии между пластинами. Таким образом, мы можем записать емкость конденсатора с параллельными пластинами как постоянную величину, умноженную на площадь, деленную на расстояние между пластинами.

Эта константа имеет числовое значение от 8,854 умноженное на 10 до минус 12 фарад на метр. Как я с этим справился? Ну, черт возьми, если я возьму эту константу, умножу ее на метры в квадрате площади, а затем я разделю на метры расстояние, тогда я получу фарады, так что это фарады на метр.Хорошо, это называется диэлектрической проницаемостью свободного пространства и играет важную роль в более сложных дискуссиях о конденсаторах и электрических полях. Итак, исходя из нашего определения емкости, разность потенциалов на любом конденсаторе равна величине заряда, который он держит, деленному на емкость. Что касается емкости, то это просто геометрическое свойство. Это как сопротивление, оно не меняется в зависимости от ситуации, в которой установлен конденсатор, заряд будет, разность потенциалов будет, но емкость останется прежней.

Хорошо, разность потенциалов — это разделенная емкость заряда. Теперь мы сказали, что цель конденсатора — хранить энергию, а также заряжать, так сколько энергии хранится? Что ж, я не собираюсь выводить это для вас, это требует небольшой работы, но в итоге мы получаем q в квадрате над 2c, поэтому это квадрат заряда, деленного на удвоенную емкость. Теперь мы можем использовать эту дельту v, равную q, по сравнению с c, чтобы переписать это двумя разными или 3 разными способами в целом: одна половина дельты v в квадрате и половина заряда, умноженная на разность потенциалов.Итак, эти 3 формулы говорят об одном и том же, но в зависимости от того, какая информация у вас есть, вы можете использовать эту, а не ту. Хорошо, если вы знаете емкость и заряд, давайте возьмем q в квадрате над 2c. Хорошо, давайте рассмотрим пример, у меня есть конденсатор на 3 Фарада, и на нем поддерживается разность потенциалов 4 вольта. И я хочу знать, сколько энергии он хранит, хорошо, так что они мне сказали? У меня есть емкость и разность потенциалов.

Хорошо, емкость, разность потенциалов, поэтому я хочу использовать эту формулу: одна разность потенциалов половинной емкости, возведенная в квадрат. Итак, 16, разделенное на 2, будет 8, а 8, умноженное на 3, — это 24 джоуля. Хорошо, так вот как это происходит: энергия хранится в конденсаторе, разность потенциалов на конденсаторе и значение емкости. Просто подумайте об этом как о геометрической величине, которая будет большой, когда заряд может распространяться, и будет маленькой, когда все зарядные устройства ограничены одним пространством, и не разрешено находиться рядом со своими друзьями с противоположным зарядом.Хорошо, это конденсаторы.

Конденсатор

и емкость — определение, типы и использование

Конденсатор — это электрический компонент, который имеет способность накапливать энергию в виде электрических зарядов, которые создают разность потенциалов, которая представляет собой статическое напряжение, очень похожее на небольшую перезаряжаемую батарею. .

Самая основная конструкция конденсатора состоит из двух параллельных проводников (металлическая пластина), разделенных диэлектрическим материалом. Когда к конденсатору подключается источник напряжения, пластина конденсатора заряжается.Металлическая пластина, прикрепленная к положительной клемме, будет заряжена положительно, а пластина, прикрепленная к отрицательной клемме, будет заряжена отрицательно.

Изображение будет загружено в ближайшее время

Символы конденсаторов

Типы конденсаторов

1. Пленочные конденсаторы: Пленочные конденсаторы — это те, в которых в качестве диэлектрической среды используется пластиковая пленка. Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт. Они колеблются от 10% до 0,01% при любом допуске.Кроме того, пленочные конденсаторы бывают разных форм и стилей. Есть два типа пленочных конденсаторов: свинцовый радиальный и осевой.

2. Керамические конденсаторы: керамические конденсаторы — это те конденсаторы, в которых в качестве диэлектрического материала используется керамика. Он используется в высокочастотных цепях, таких как аудио в RF. В керамических конденсаторах можно получить как высокую, так и низкую емкость, изменяя толщину керамического диска.

3. Электролитические конденсаторы: Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, в которых оксидный слой используется в качестве диэлектрического материала.Обладает большой переносимостью. В основном есть два типа электролитических конденсаторов: танталовые и алюминиевые. Они доступны с рабочим напряжением примерно до 500 В, но максимальные значения емкости недоступны при высоком напряжении, а устройства с более высокой температурой доступны, но встречаются редко.

4. Конденсатор переменной емкости: в конденсаторах переменной емкости в качестве диэлектрической среды в основном используется воздух. Переменный конденсатор — это конденсатор, емкость которого можно механически регулировать несколько раз.Например, эта форма конденсатора используется для установки резонансной частоты в LC-цепях, чтобы изменить радио в соответствии с импедансом в устройствах антенных тюнеров.

Определение емкости конденсатора

Накопление зарядов в проводниках вызывает разность потенциалов на конденсаторе. Количество накопленного заряда называется удерживающей способностью конденсатора. Эта удерживающая способность называется емкостью. Накопленный заряд в конденсаторе прямо пропорционален напряжению, развиваемому на конденсаторе:

Q ∝V

Q = C / V

C = Q / V

C — это константа пропорциональности, также называемая емкостью конденсатор.Единица измерения емкости — Фарад (Ф) — 1 кулон на вольт.

Изображение будет скоро загружено

Значение емкости зависит от физических характеристик, площади пластин конденсатора «A», расстояния между пластинами «d», диэлектрической проницаемости диэлектрической среды «ε».

C = ε x \ [\ frac {A} {d} \]

Энергия конденсатора

Энергия сохраняется в джоулях и равна половине емкости, умноженной на квадрат напряжения конденсатора.

E = C × V2 / 2

Конденсатор в серии

Общая емкость конденсаторов, соединенных последовательно C1, C2, C3, ..:

Изображение будет скоро загружено

\ [\ frac {1} {C_ {Total}} \] = \ [\ frac {1} {C_ {1}} \] + \ [\ frac {1} {C_ {2}} \] + \ [\ frac {1} {C_ {3}} \] + …

Конденсатор, подключенный параллельно

Общая емкость конденсаторов, подключенных параллельно C1, C2, C3, ..:

Изображение будет скоро загружено

CTotal = C1 + C2 + С3 +…

Факторы, влияющие на емкость

• Площадь поверхности: Площадь поверхности двух пластин влияет на значение емкости. Чем выше значение площади поверхности, тем выше емкость.

• Расстояние: расстояние между пластинами влияет на значение емкости. Чем меньше значение расстояния, тем выше емкость.

• Диэлектрическая среда: Тип материала, разделяющего две пластины, называемый «диэлектриком».«Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше значение емкости.

Использование конденсатора

Конденсаторы имеют как электрические, так и электронные приложения. Они используются для нескольких вещей, таких как фильтры, системы накопления энергии, стартеры двигателя, сигнальные устройства. устройства обработки и т. д.

• Конденсаторы используются для хранения энергии, которая может использоваться устройством для временных отключений электроэнергии, когда им требуется дополнительная мощность.

• Конденсаторы используются для блокировки постоянного тока после полной зарядки, но еще позволить переменному току проходить через определенную цепь.

• Конденсаторы используются в качестве датчиков для нескольких вещей, таких как измерение влажности, уровня топлива, механической деформации и т. Д.

• Конденсаторы могут использоваться в цепи, зависящей от времени. Его можно подключить к любому светодиоду или акустической системе, и вполне вероятно, что любой мигающий свет / регулярный звуковой сигнал использует конденсатор синхронизации.

Интересные факты

• Конденсаторы с высокой емкостью изготовлены из материала с высокой диэлектрической проницаемостью.

• Конденсатор может принимать и временно накапливать энергию от цепи. Затем конденсатор вернет энергию в схему позже.

Емкость конденсатора | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 11 класс> Физика> Конденсатор

Емкость конденсатора

Конденсатор

Конденсатор — это электрическое устройство, используемое для хранения электрического заряда. Он состоит из двух разделенных на небольшом расстоянии проводящих поверхностей, называемых обкладками конденсатора.Одна пластина хранит положительный заряд, а другая — отрицательный. Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется его емкостью.

Емкость разных конденсаторов (C)

Разность потенциалов между двумя пластинами конденсатора прямо пропорциональна заряду, накопленному на нем.

$$ \ text {т.е.} q \ propto V $$

$$ \ text {или,} q = V $$

, где C — константа пропорциональности, называемая емкостью конденсатора. Его значение зависит от геометрии конденсатора и среды, находящейся между пластинами.

$$ \ поэтому C = \ frac {q} {V} $$

единица \ (C = \ frac {\ text {columb (c)}} {\ text {volt (V)}} = Фарад (F) \)

Следовательно, емкость конденсатора численно равна заряду, увеличивающему разность потенциалов между пластинами конденсатора на 1 вольт.

Емкость в один фарад

У нас есть \ (q = CV \)

$$ C = \ frac {q} {V} $$

$$ \ text {for,} q = 1C, V = 1 вольт $$

$$ C = \ frac {1C} {1V} = 1 Фарад $$

Следовательно, емкость конденсатора называется 1 Фарад

Следовательно, емкость конденсатора называется равняться 1 Фараду, если требуется 1 заряд Колумба для увеличения разности потенциалов между пластинами на 1 вольт.

Изолированная сфера

Рассмотрим изолированный сферический проводник в воздухе или в вакууме. Пусть его радиус равен R, а заряд на его поверхности Q.

Потенциал в любой точке на его поверхности равен

$$ V = \ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o R} $$

$ $ \ text {or} \ frac {Q} {V} 4 \ pi \ epsilon _o R $$

где \ (\ epsilon _o \) — диэлектрическая проницаемость воздуха или свободного пространства, когда сфера находится в воздухе.

As, \ (\ frac {Q} {V} = C, \) емкость изолированного заряженного шара.Второй проводник — это сфера бесконечного радиуса с нулевым потенциалом.

В CGS-системе \ (4 \ pi \ epsilon _o = 1 \) и

$$ C = R $$

Итак, в CGS_system емкость изолированного заряженного шара численно равна его радиусу.

Сферический конденсатор

Сферический конденсатор состоит из двух концентрических полых металлических сфер разного радиуса, как показано на рисунке. Пусть + Q будет зарядом на поверхности внутренней сферы A, а внешнее пространство B будет заземлено.Из-за электростатической индукции равный, но противоположный заряд -Q индуцируется на внутренней поверхности B, заземляется, заряд + Q внешней сферы течет на землю.

Пусть a и b будут радиусами сферы A и сферы B соответственно, и в пространстве между двумя сферами будет вакуум или воздух.

Потенциал внутренней сферы,

$$ V_a = \ text {(потенциал из-за заряда + Q)} + \ text {(Потенциал из-за заряда — Q)} $$

$$ = \ frac {Q } {4 \ pi \ epsilon _o a} + \ frac {(- Q)} {4 \ pi \ epsilon _o b} $$

$$ = \ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o a} — \ frac {(Q)} {4 \ pi \ epsilon _o b} $$

$$ = \ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o} \ left [\ frac {1} {a} — \ frac {1} {b} \ right] $$

Поскольку космическое пространство заземлено, потенциал внешней сферы V _b = 0.Итак, разность потенциалов между внутренней и внешней сферами составляет

$$ V = V_a — V_b $$

$$ = \ left (\ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o a} — \ frac {( Q)} {4 \ pi \ epsilon _o b} \ right) — 0 $$

$$ = \ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o} \ left [\ frac {1} {a} — \ frac {1} {b} \ right] $$

$$ = \ frac {Q} {4 \ pi \ epsilon _o} \ left (\ frac {1} {a} \ frac {b — a} {ab } \ right) $$

$$ \ text {or,} \ frac {Q} {V} = 4 \ pi \ epsilon _o \ left (\ frac {ab} {ba} \ right) $$

Итак , емкость, \ (C = 4 \ pi \ epsilon _o \ left (\ frac {ab} {ba} \ right) \)

Если у нас есть изолированная заряженная сфера радиуса a, ее емкость равна \ (C = 4 \ пи \ эпсилон _о а \).Поскольку \ (\ frac {ab} {b-a}> a \), отсюда следует, что C> C ‘. Следовательно, расположение двух сферических оболочек приводит к увеличению емкости сферического проводника.

Конденсатор с параллельными пластинами

Емкость конденсатора с параллельными пластинами

Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух проводящих параллельных пластин, разделенных на небольшом расстоянии, между которыми находится диэлектрический материал.

Рассмотрим конденсатор с параллельными пластинами, имеющий пластины P и Q с пластиной с площадью пластин «A», разделенными на расстоянии «d».Если поверхностная плотность заряда равна \ (‘\ sigma’ \), тогда напряженность электрического поля в точке между пластинами определяется как

$$ E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon _o} \ dots (i) $$

Если на пластине содержится заряд ‘q’, то по определению плотности заряда будет \ (‘\ sigma’ \)

$$ \ sigma = \ frac {q} {A} \ dots (ii ) $$

, используя уравнения (i) и (ii), получаем,

$$ E = \ frac {q} {\ epsilon _o A} \ dots (iii) $$

Если разность потенциалов между обкладки конденсатора ‘V’, то напряженность электрического поля (E) в терминах разности потенциалов может быть записана как

$$ E = \ frac {V} {d} \ dots (iv) $$

, используя уравнения (iii) и (iv), получаем,

$$ \ frac {V} {d} = \ frac {q} {\ epsilon _o A} $$

$$ \ text {or,} q = \ left (\ frac {\ epsilon _o A} {d} \ right) V \ dots (v) $$

Но мы знаем, что

$$ q = C.V \ dots (vi) $$

Используя уравнения (iv) и (v), мы получаем,

$$ C = \ frac {\ epsilon _o A} {d} $$

Это дает емкость параллельный конденсатор.

Если между пластинами поместить среду с диэлектрической проницаемостью \ (\ epsilon \), то емкость конденсатора станет

$$ C_m = \ frac {\ epsilon .A} {d} $$

Следовательно, по увеличивая площадь пластин (A) диэлектрической проницаемости в среде между пластинами \ (\ epsilon \) и уменьшая расстояние между пластинами конденсатора, его конденсатор может быть увеличен.

.