Энергия заряженного конденсатора
Centr86.ru

Ремонт бытовой техники

Энергия заряженного конденсатора

Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов

Урок 68. Физика 10 класс

Конспект урока “Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов”

Любая система заряженных тел (в частности конденсатор) обладает определенной энергией. В одном из прошлых уроков мы рассматривали пример, в котором конденсатор сначала накопил заряд, заряжаясь от источника тока, а потом — разрядился, когда к нему подключили лампочку. Поскольку лампочка излучала тепло и свет, конденсатор обладал некоторой энергией. Давайте вычислим энергию конденсатора.

Как мы помним, одна из пластин конденсатора заряжена отрицательно, а другая — положительно. Это значит, что напряженности, создаваемые обеими пластинами сонаправлены. По принципу суперпозиции, напряженность поля внутри конденсатора складывается из напряженностей, создаваемых каждой пластиной:

Поскольку модули зарядов равны, напряженность, созданная любой пластиной, равна половине напряженности поля внутри конденсатора:

Применим теперь формулу, по которой вычисляется потенциальная энергия заряженного тела в однородном поле:

Как мы знаем, произведение напряженности и расстояния между пластинами равно напряжению между пластинами конденсатора. По закону сохранения энергии, именно эта энергия была затрачена на разделение положительных и отрицательных зарядов в процессе зарядки конденсатора. Заметим, что мы можем выразить энергию конденсатора через его электроемкость. Вместо заряда мы можем подставить произведение напряжения и электроемкости:

Аналогично, мы можем вместо напряжения подставить отношение заряда к электроемкости:

Данные формулы справедливы для любого конденсатора.

Как мы уже говорили ранее, конденсаторы широко используются в радиотехнике. Конденсатор с переменной электроемкостью имеет подвижную часть (то есть ротор).

Вращая ротор можно изменять площадь перекрытия пластин конденсатора, а это приводит к изменению электроемкости. Таким образом, с помощью конденсаторов с переменной емкостью, можно настраиваться на определенные частоты радиоволн. Еще один пример использования конденсаторов с переменной емкостью — это клавиатура. Пластины конденсатора располагаются на тыльной стороне клавиши и на плате.

Таким образом, при нажатии на клавишу, меняется расстояние между пластинами. Это приводит к изменению электроемкости конденсатора, на которое реагирует микросхема клавиатуры. Далее, микросхема преобразует сигнал в соответствующий код, который передается компьютеру.

Надо сказать, что энергия конденсатора довольно мала, да и сохраняется она не очень хорошо из-за утечки заряда. Поэтому, конечно, конденсаторы не могут заменить аккумуляторы. Тем не менее, и у конденсаторов с постоянной емкостью есть одно очень полезное свойство: они могут долго накапливать энергию, но отдают ее практически мгновенно. Лампа-вспышка, которая используется в некоторых типах фотоаппаратов, питается энергией конденсатора. Часто используется ксеноновая лампа-вспышка, которая представляет собой запаянную трубку из кварцевого стекла.

В каждый конец лампы впаяны два электрода, подключенные к электролитическому конденсатору большой емкости. Также в лампе есть еще один электрод, который называется поджигающим. Он может представлять собой проволоку, намотанную вокруг трубки лампы или металлизированную дорожку вдоль стенки лампы. На этот электрод подается импульс высокого напряжения, который приводит к ионизации газа внутри газоразрядной трубки.

В результате, конденсатор быстро разряжается, то есть его электрическая энергия преобразуется в световую. В свою очередь, газоразрядная трубка возбуждает лазеры, которые и осуществляют фотосъемку. Конечно, нужно понимать, что это весьма упрощенное объяснение работы фотоаппарата.

Пример решения задачи.

Задача. Изначально напряжение между обкладками конденсатора с емкостью 100 нФ составляет 300 В. Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на ток в 30 мА, то она прогорит 2 с. Каково сопротивление данной лампочки? Потерями энергии в цепи можно пренебречь.

Электроемкость. Конденсатор

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Теперь к каждой из банок поднесли одинаково заряженное тело. Естественно, с каждой банкой произойдет процесс электризации, и стрелки обоих электроскопов разойдутся. Однако оказалось, что электроскоп большей банки показал меньшее отклонение (рис. 2):

Данный опыт доказывает, что различные тела электризуются одним и тем же зарядом по-разному (конкретно большая банка одним и тем же зарядом зарядилась до меньшего потенциала). И существует некоторая величина, которая показывает способность тела накапливать электрический заряд. Собственно, о ней и пойдет речь.

Определение. Электроемкость (емкость) – величина, равная отношению заряда переданного проводнику к потенциалу этого проводника.

Здесь:

Рис. 3. Схематическое изображение конденсатора (Источник)

Особое внимание мы будем уделять так называемым плоским конденсаторам (слой диэлектрика расположен между двумя плоскими пластинами проводника). На электрической схеме конденсатор обозначается следующим образом (рис. 4):

Рис. 4. Условное обозначение конденсатора на электрической схеме

Емкость конденсатора определяется так же, как и любая другая электроемкость, однако с небольшим отличием (так как речь идет о системе проводников, а не о отдельно взятом проводнике, в формуле фигурирует не потенциал, а разность потенциалов или напряжение)

Здесь:

Однако, конечно же, емкость конденсатора – не постоянная величина, она зависит от конструкторских особенностей самого конденсатора. В случае плоского конденсатора эта зависимость имеет следующий вид:

Здесь:

Рис. 5. Устройство конденсатора (Источник)

Конденсаторы можно разделить на три основных типа:

Конденсатор постоянной емкости – это свернутая в рулон упомянутая выше трехслойная лента (две ленты проводника и лента диэлектрика между ними). Конденсаторы переменной емкости – приборы, используемые в радиотехнике, позволяющие регулировать параметры, от которых зависит емкость – ширина пластин и расстояние между ними (рис. 6). Батарея же конденсаторов – это несколько конденсаторов, связанных по определенной схеме.

Читать еще:  Как установить инфракрасный обогреватель

Рис. 6. Модель конденсатора переменной емкости (Источник)

3. Энергия конденсаторов

Конденсатор – прибор для накопления заряда, и проводники, на которых накапливается заряд, создают между собой электрическое поле, а значит, конденсатор обладает некоторой энергией. Энергия конденсатора, по закону сохранения энергии, должна быть равна работе, выполненной по разделению зарядов.

Как мы уже знаем, работа по перемещению заряда в поле равна:

Здесь: И теперь, если рассмотреть наш случай поля конденсатора, получается, что напряженность создается одновременно двумя обкладками, и для рассмотрения одной обкладки мы должны записать

Рис. 7. Однородное поле конденсатора

Воспользовавшись теперь формулой связи напряженности и напряжения из прошлого урока:

Формула для энергии конденсатора принимает вид:

Использовав в этой формуле формулу определения емкости конденсатора, можно получить еще две формы записи для энергии:

Этот урок завершает тему электростатики. Следующий будет посвящен уже электрическому току.

Дополнение 1. Электроемкость шара.

Для того чтобы оценить насколько велика емкость в 1 Ф, возьмем в качестве накапливающего заряд тела проводящий шар и выведем зависимость его емкости от его размеров.

Из предыдущего урока мы знаем формулу для определения потенциала шара:

Подставим теперь её в определение емкости:

Давайте рассмотрим случай в вакууме или же в воздухе (). Каковы же должны быть размеры шара, чтобы его емкость равнялась 1 Ф?

Для сравнения радиус Земли равен:

Дополнение 2. Соединение конденсаторов.

Иногда не получается найти конденсатор нужной конфигурации, тогда приходится составлять блоки из нескольких конденсаторов. Соединить два или более конденсатора можно двумя различными способами: параллельно или последовательно.

Параллельное соединение (рис. 8):

Рис. 8. Параллельное соединение конденсаторов

Так как выходы источника питания подсоединены одновременно к обкладкам всех конденсаторов, то потенциалы всех обкладок равны, металл является эквипотенциальной поверхностью:

Заряды на обкладках параллельно соединенных конденсаторов суммируются:

Разделив второе равенство на напряжение (любое, так как они равны) и воспользовавшись определением емкости конденсатора, получим:

Последовательное соединение (рис. 9):

Рис. 9. Последовательное соединение конденсаторов

Так как две обкладки соседних конденсаторов являются одной деталью, отрезанной от остальных проводников, по закону сохранения заряда, сумма их зарядов должна оставаться равной нулю, а значит, они равны по модулю, но противоположны по знаку, поэтому:

Падение же напряжения на всем участке складывается из падений напряжения на каждом конденсаторе:

Теперь, разделив второе равенство на заряд (любой, так как они равны) и воспользовавшись определением емкости конденсатора, получим:

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

  1. Стр. 96-98: № 750–755. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
  2. Во сколько раз изменится емкость конденсатора, если листовую слюду заменить парафином той же толщины?
  3. Какую площадь должны иметь пластины плоского конденсатора, для того чтобы его электроемкость была равна 1 пФ? Расстояние между пластинами – 0,5 мм.
  4. Емкость одного конденсатора больше емкости другого в 4 раза, на какой конденсатор нужно подать большее напряжение, чтобы их энергии стали одинаковыми, во сколько раз больше?
  5. *Почему большой заряд не может удержаться на сфере маленького радиуса?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Презентация по физике на тему “Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора”

Описание презентации по отдельным слайдам:

Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Учитель физики: Карпова Татьяна Анатольевна МКУ СОШ № 9 г. Нижнеудинск 10 класс

Цель урока Познакомиться: с понятием «электроемкость», «конденсаторы»; с типами конденсаторов с формулой электроемкости и энергии заряженного конденсатора с практическим применением конденсаторов

Задачи урока Сформировать умения: решать задачи на расчет различных характеристик конденсаторов выражать величину из формулы производить математические расчеты

Повторение Характеристики электрического поля Напряженность Потенциал Разность потенциалов Формула связи напряженности с напряжением (разностью потенциалов) При каком условии можно накопить на проводниках большой заряд?

Электроемкость – величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд. диэлектрик проводник С – электроемкость, Ф q – заряд одного из проводников, Кл U – разность потенциалов между проводниками, В Электроемкость зависит от: геометрических размеров и формы проводников; взаимного расположения проводников; диэлектрической проницаемости на практике: 1 мкФ = 10-6 Ф 1 пФ = 10-12 Ф Если емкость шара 1 фарад, то радиус шара равен 9 млн.км.

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор «лейденскую банку». История создания конденсатора 1692-1761

Типы конденсаторов постоянной и переменной емкости и различаются по роду диэлектрика между пластинами бумажные, керамические, воздушные …

Плоский конденсатор – две заряженные параллельные пластины, находящиеся на малом расстоянии Электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластины конденсатора и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами – – – – – – – – – – – – + + + + + + + + + + d диэлектрик С – электроемкость плоского конденсатора, Ф ε – диэлектрическая проницаемость ε0 – электрическая постоянная, Ф/м S – площадь пластины конденсатора, м2 d – расстояние между пластинами, м

Шаровой конденсатор + _ _ _ _ R1 R2 Электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора

Последовательное соединение + _ + _ С1 С2 U1 U2 + _ C U d↑ , следовательно , С↓

Параллельное соединение С1 С2 + _ + _ q1 q2 + _ C q S↑, следовательно, С↑

Соединение конденсаторов одноименными полюсами С1 С2 + + – –

Соединение конденсаторов разноименными полюсами С1 С2 + + – –

Энергия заряженного конденсатора W – энергия заряженного конденсатора (энергия электрического поля), Дж q – заряд пластины конденсатора, Кл U – разность потенциалов, В С – электроемкость конденсатора, Ф

Плотность энергии конденсатора ω – плотность энергии, Дж/м3 V – объем, м3 Е – напряженность, В/м

Применение конденсаторов в радиотехнике, в автоматизации производственных процессов, в вычислительной технике и т.д. используется свойство накапливать и сохранять заряд

Петличный микрофон. Микрофон конденсаторный. Студийный конденсаторный направленный микрофон широкого применения.

Лампа фотовспышки. Светильники с разрядными лампами. Батарея конденсаторов Применение конденсаторов

Металлопленочные конденсаторы обладают неограниченной возможностью самовосстановления. Таким образом, возможность короткого замыкания практически исключается. Конденсаторы устойчивы к большим импульсным токам и высокому уровню пульсаций. Применяются в мобильных телефонах, персональных компьютерах, телевизорах, электронных балластах и автомобильной электронике.

Читать еще:  Принцип работы прибора ночного видения

Применение конденсаторов в компьютерной технике – клавиатура (зависимость емкости от расстояния между пластинами) На тыльной стороне клавиши одна пластина конденсатора, а на плате,- другая. Нажатие клавиши изменяет емкость конденсатора.

Полимерные конденсаторы с твердым электролитом на чипсете

Отличительными чертами алюминиевых электролитических конденсаторов является большая удельная емкость на единицу объема (произведением CV) и прекрасная работа при повышенных токах. Поэтому они незаменимые компоненты в цепях постоянного тока тяговых устройств, в составе преобразователей частоты, в схемах электронных балластов, в ИБП (источниках бесперебойного питания) и импульсных преобразователях напряжения, в студийных лампах-вспышках и в автомобильной электронике.

Решение задач 1. Определите толщину диэлектрика конденсатора, электроемкость которого 1400 пФ, площадь пластин 1,4 ·10-3 м2. Диэлектрик – слюда (ε=6). 2. Разность потенциалов 150 В между пластинами плоского конденсатора. Площадь каждой пластины 1,2·10-2 м2, заряд 5 нКл. На каком расстоянии друг от друга находятся пластины?

Ответ: d = 5,3 мкм Дано: С=1400 ·10-12Ф S=1,4 ·10-3 м2 ε=6 ε0=8,85·10-12 Ф/м d – ? Решение:

Дано: Решение: U=150 В S=1,2·10-2 м2 q=5·10-9 Кл ε=1 ε0=8,85·10-12Ф/м d – ? Ответ: d=3,2 мм

Решение задач 3. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора равна 10-2 м2, расстояние между ними 5 мм. До какой разности потенциалов был заряжен конденсатор, если при его разрядке выделилось 4,2·10-3 Дж энергии?

Дано: Решение: S=10-2 м2 d=5 мм=5·10-3м ε=1 ε0=8,85·10-12Ф/м W=4,2·10-3 Дж U-? Ответ:

С1 С2 С3 С С С С С С С С С С С С

Электроемкость плоского конденсатора с квадратными пластинами со стороной 10 см, расположенными на расстоянии 1 мм друг от друга, в воздухе примерно равна 10 пФ 0,1 нФ 1 мкФ 0,1мФ

Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если расстояние между его пластинами увеличить в 2 раза? Уменьшится в 2 раза Уменьшится в 4 раза Увеличится в 4 раза Увеличится в 2 раза

Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если площадь его пластин увеличить в два раза, а расстояние между ними уменьшить в 2 раза? Не изменится Уменьшится в 4 раза Увеличится в 4 раза Увеличится в 2 раза

Плоский конденсатор подключен к источнику постоянного тока. Как изменятся при увеличении зазора между обкладками конденсатора три величины: – емкость конденсатора; – величина заряда на обкладках конденсатора; – разность потенциалов между ними. 1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не изменится

Плоский воздушный конденсатор зарядили до некоторой разности потенциалов и отключили от источника тока. Для каждой величины – заряд на обкладках конденсатора – электроемкость конденсатора -энергия электрического поля конденсатора определите соответствующий характер изменения: 1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не изменится.

Плоский конденсатор отключили от источника тока, а затем увеличили расстояние между его пластинами. Что произойдет при этом – с зарядом конденсатора – с электроемкостью конденсатора – с напряжением на его обкладках? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не изменится.

Определите электроемкость батареи состоящей из четырех одинаковых конденсаторов электроемкостью С. С/4 С 2С/5 4С/3 3С/5 3С/4 С С С С 1 2 С С С С

Домашнее задание § 99-101 прочитать вопросы устно Упр. № 18 Составить интелект-схему «Конденсатор»

Презентация по физике на тему “Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора” (10 класс)

Цель: познакомить учащихся с понятием: “электроемкость”, “конденсаторы”; с соединением конденсаторов и их практическим применением, с типами конденсаторова, с формулами: электроемкости плоского и шарового конденсатора; энергии заряженного конденсатора.

В презентации показано решение задач на расчет электроемкости; на соединение конденсаторов разноименными или одноименными полюсами; эквивалентные схемы конденсаторов; последовательное и параллельное соединение проводников.

  • Карпова Татьяна АнатольевнаНаписать 0 07.03.2015

Номер материала: 425247

Добавляйте авторские материалы и получите призы от Инфоурок

Еженедельный призовой фонд 100 000 Р

    07.03.2015 3102
    07.03.2015 479
    07.03.2015 1037
    06.03.2015 3352
    06.03.2015 923
    06.03.2015 494
    06.03.2015 1953

Не нашли то что искали?

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

§ 98. Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов

Влияет ли расположение окружающих тел на электроёмкость проводника?

От чего зависит электроёмкость проводника?

Обладает ли электрическое поле конденсатора энергией?

Энергия заряженного конденсатора. Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии эта работа не пропадает, а идёт на увеличение 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 (рис. 14.44). При разрядке конденсатора лампа вспыхивает. Энергия конденсатора превращается в тепло и энергию излучения.

Выведем формулу для энергии плоского конденсатора.

Напряжённость поля, созданного зарядом одной из пластин, равна Е/2, где Е — напряжённость поля в конденсаторе. В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределённый по поверхности другой пластины (рис. 14.45). Согласно формуле (14.14) потенциальная энергия заряда в однородном поле равна:

где q — заряд конденсатора, a d — расстояние между пластинами.

Так как Ed = U, где U — разность потенциалов между обкладками конденсатора, то его энергия равна:

Если заряд на пластинах остаётся постоянным, при сближении пластин поле совершает положительную работу:

При этом энергия электрического поля уменьшается.

Заменив в формуле (14.25) разность потенциалов или заряд с помощью выражения (14.22) для электроёмкости конденсатора, получим

Можно доказать, что эти формулы справедливы для любого конденсатора, а не только для плоского.

Энергия электрического поля. Согласно теории близкодействия вся энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через основную характеристику поля — напряжённость.

Читать еще:  Какой купить пароочиститель

Так как напряжённость электрического поля прямо пропорциональна разности потенциалов (U = Ed), то для энергии можно записать формулу

Важно
Энергия конденсатора прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля внутри его: Wп

Применение конденсаторов. Зависимость электроёмкости конденсатора от расстояния между его пластинами используется при создании одного из типов клавиатур компьютера. На тыльной стороне каждой клавиши располагается одна пластина конденсатора, а на плате, расположенной под клавишами, — другая. Нажатие клавиши изменяет ёмкость конденсатора. Электронная схема, подключённая к этому конденсатору, преобразует сигнал в соответствующий код, передаваемый в компьютер.

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 это совсем не означает, что конденсаторы как накопители энергии не получили практического применения. Конденсаторы могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при разрядке через цепь с малым сопротивлением они отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство широко используют 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 разрядке батареи конденсаторов большой электроёмкости. Однако основное применение конденсаторы находят в радиотехнике.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Энергия конденсатора. Применение конденсаторов

Вопросы к параграфу

1. Чему равна энергия заряженного конденсатора?

2. Перечислите основные области применения конденсаторов.

Образцы заданий ЕГЭ

A1. Как изменится энергия электрического поля конденсатора, если заряд на его обкладках уменьшить в 2 раза?

1) не изменится 3) уменьшится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза 4) увеличится в 2 раза

A2. Конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения. Как изменится энергия электрического поля внутри конденсатора, если увеличить в 2 раза расстояние между обкладками конденсатора?

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 28. Электрическая ёмкость. Конденсатор

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  1. Электрическая ёмкость
  2. Плоский конденсатор
  3. Энергия конденсатора

Глоссарий по теме:

Конденсатор – устройство для накопления электрического заряда.

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 элементы цепи включают поочередно друг за другом. При параллельном соединении концы каждого элемента присоединены к одной и той же паре точек.

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

Энергия конденсатора прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля внутри его:

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

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. С. 321-330.

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

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость, которая зависит от площади его пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

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

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.

Измеряется электрическая ёмкость в Международной системе СИ в Фарадах. Эта единица имеет своё название в честь английского физика экспериментатора Майкла 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:

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.

Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора: u = Еd

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

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

Примеры и разбор решения заданий:

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. Какое расстояние между пластинами конденсатора стало после того, как пластины были раздвинуты?
  3. Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.

Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:

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

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

3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.

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

Дано: С = 20 мкФ = 20 · 10 -6 Ф, q = 4 мкКл = 4·10 -6 Кл.

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector