C =

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных плоских 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 заканчиваются на отрицательно заряженной.

Почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.

У сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических сфер, все поле сосредоточено между ними.

Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют на разность потенциалов между его обкладками. Поэтому электрическая емкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него каких-либо других тел.

Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Плоский конденсатор – система из двух плоскопараллельных пластин площадью S, находящихся на расстоянии d друг от друга.

Будем считать, что пространство между пластинами заполнено воздухом с относительной диэлектрической проницаемостью e ≈ 1.

Напряженность однородного поля внутри конденсатора складывается (по принципу суперпозиции) из напряженности полей положительной и отрицательной пластин.

E+ = E - =  (формула напряженности поля заряженной плоскости)

E = E+ + E - =

где σ =  - поверхностная плотность заряда Кл/м2

Вне пластин поле отсутствует, так как напряженности пластин компенсируют друг друга.

Конденсатор сосредотачивает электростатическое поле в пространстве между пластинами.

Разность потенциалов между пластинами:

U = Ed = d

Емкость плоского конденсатора:

C = =

Электрическая емкость плоского воздушного конденсатора зависит только от его геометрических характеристик: площади пластин и расстояния между ними.

Если между пластин конденсатора пометить диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью e, то емкость конденсатора возрастет в e раз:

C =

В результате введения диэлектрика его связанные заряды притягивают дополнительные заряды на обкладки конденсатора, увеличивая его электроемкость.

Емкость конденсатора можно увеличивать:

- уменьшая расстояние между пластин

- увеличивая площадь пластин

- повышая e диэлектрика между пластин

(Слюдяной конденсатор состоит из двух листов тонкой пленки с слюдяной прокладкой между ними. Все это свернуто в трубочку)

Электроемкость конденсатора зависит от:

- площади пластин

- расстояния между пластинами

- относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика между пластинами

Электроемкость конденсатора не зависит от:

- заряда на пластинах

- разности потенциалов приложенный к пластинам

- внешнего электростатического поля, не проникающего внутрь конденсатора

Условное обозначение конденсатора:

Условно конденсатор можно рассматривать как частотно-зависимый резистор.

Для решения некоторых задач (шунтирование, связывание контуров, создание частотно зависимых делителей напряжения) больших знаний о конденсаторе и не требуется. Другие задачи (построение фильтров, резонансных схем и др.) требуют более глубоких знаний.

Конденсатор, имеющий емкость С фарад, к которому приложено напряжение U вольт, накапливает заряд Q кулон:

Q = CU

Продифференцировав выражение по времени dt получим (учитывая, что I = dQ/dt):

I = C (dU/dt)

Ток через конденсатор пропорционален не напряжению, а скорости его изменения.

ДОБАВИТЬ ПРО КОНДЕНСАТОР В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Конденсатор не рассеивает энергию, хотя через него протекает ток, так как напряжение и ток на конденсаторе смещены друг относительно друга на 90о.

Устройство конденсатора

Простейший конденсатор состоит из двух проводников в виде листов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, но не касающихся друг друга.

Чтобы получить большую емкость, нужна большая площадь и меньший зазор между проводниками. Обычно для этого один из проводников покрывают тонким слоем изолирующего материала (диэлектрика), либо напыляют проводник на лист диэлектрика. Листы проводников и диэлектрика скручивают в трубочку для уменьшения габаритов.

Типы конденсаторов

Широкое распространение получили следующие типы конденсаторов:

-         Керамические

-         Танталовые

-         Электролитические – изготовленные из металлической фольги с оксидной пленкой в качестве изолятора. Обладают наибольшей емкостью

-         Слюдяные – изготовленные из металлизированной слюды

-         Майларовые – изготовленные из покрытой алюминием (алитированной) майларовой пленки

Каждому типу конденсаторов присущи свои свойства и области применения.

Характеристики различных типов конденсаторов.

Конденсаторы используются в различных радиоэлектронных устройствах. Они используются для сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока, для разделения постоянной и переменной составляющей тока, в электрических колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприёмников, для накопления больших запасов электрической энергии при проведении физических экспериментов в области лазерной техники и управляемого термоядерного синтеза.

Параллельное соединение конденсаторов

Приложим напряжение к параллельно соединенным конденсаторам:

CU = Q = Q1+...+Qn=C1U+...+CnU=(C1+...+Cn)U

C = C1 + ... + Cn

Последовательное соединение конденсаторов

Для последовательного соединения конденсаторов имеем такое же выражение, как для параллельного соединения резисторов:

C =

ЕМКОСТЬ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА(уч.10кл.стр.400-402)

См.выше «Конденсатор» (уч.10кл.стр. 400-402)

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ(уч.10кл.стр.386-390)

Понятие и определение свободного заряда

Понятие и определение связанного заряда

Определение проводника. Примеры

Определение диэлектрика. Примеры

Полярные и неполярные диэлектрики. Примеры

Поведение полярных и неполярных диэлектриков в электростатическом поле

Определение и физика процесса поляризации диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость и напряженность поля в диэлектрике(см.ниже уч.10кл.стр.390-391)

На силу взаимодействия между заряженными частицами существенно влияет среда, в которой они находятся. В среде сила взаимодействия всегда ниже чем в вакууме.

Любая среда ослабляет напряженность поля. Степень уменьшения напряженности зависит от свойств среды.

Электрические характеристики среды определяются подвижностью заряженных частиц в ней.

Подвижность заряженных частиц в веществе определяется его строением.

Все вещества по концентрации и уровню подвижности заряженных частиц делятся на три группы:

- проводники

- диэлектрики

- полупроводники

Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля.

Связанные заряды – разноименные заряды входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга.

Свободные заряды не могут возникнуть, если энергия связи электрона со своим атомом велика по сравнению с энергией его взаимодействия с соседними атомами вещества.

Проводник – вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему.

Большинство металлов и растворов солей – проводники.

Диэлектрик – вещество, содержащее только связанные заряды.

Свободные заряды в диэлектрике отсутствуют. Он практически не проводит электрический ток.

Газы и некоторые жидкости – диэлектрики.

В полупроводнике энергия связи электронов с атомом соизмерима с энергией взаимодействия с соседними атомами. Свободные электроны в полупроводнике могут образовываться только при получении дополнительной энергии ( в результате нагревания или под действием электрического поля)

Полупроводник – вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий (температуры, напряженности электрического поля)

К полупроводникам относятся примерно 80% веществ: минералы, кремний, селен, германий и т.д.)

Молекулы по структуре распределения в них электрического заряда делятся на два вида:

- полярные

- неполярные

В полярных молекулах (H20, CO, SO2) центры связанных зарядов (ядер, электронных оболочек) находятся на некотором расстоянии друг от друга. Моделью такой электронейтральной молекулы может служить электрический диполь.

В неполярных молекулах (H2, N2, O2), имеющих симметричное строение, центры положительных и отрицательных связанных зарядов совпадают.

Диэлектрики в соответствии со структурой их молекул, делятся на два вида:

- полярные

- неполярные

Полярный диэлектрик состоит из полярных молекул, неполярный – из неполярных.

Внутри диэлектрика, помещенного во внешне электростатическое поле происходит пространственное перераспределение заряда.

В полярных диэлектриках внешнее поле поворачивает хаотически расположенные молекулы вдоль напряженности поля.

В неполярных диэлектриках электростатическое поле сначала поляризует молекулы, растягивая в разные стороны положительные и отрицательные заряды, а затем поворачивает их вдоль оси напряженности поля.

Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей или появление под действием внешнего электростатического поля ориентированных по полю диполей.

В зависимости от механизма поляризации различают:

- деформационная поляризация

- ориентационная поляризация

Независимо от вида поляризации у любого поляризованного диэлектрика появляется в электрическом поле суммарный электрический дипольный момент.

Тепловое движение молекул препятствует упорядоченной ориентации всех диполей. Только при температуре абсолютного нуля все диполи выстроились бы вдоль силовых линий поля. Таким образом, под влияние поля происходит лишь частичная ориентация электрических диполей. Это означает, что в среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем число диполей, ориентированных против поля.

Явление поляризации описывается с помощью важной характеристики поляризованности или вектора поляризации.

Поляризованностью диэлектрика называется физическая величина численно равная суммарному электрическому (дипольному) моменту молекул заключенных в единице объем:.

??? =  УТОЧНИТЬ ОБОЗНАЧЕНИЕ

Единица измерения – Кл/м2

ΣPi - суммарный электрический момент всего образца

Активные диэлектрики

У обычных диэлектриков поляризованность исчезает при исчезновении внешнего электрического поля. Наряду с однородными изотропными диэлектриками существуют диэлектрики с особыми свойствами, в которых зависимость поляризованности от напряженности внешнего электрического поля носить нелинейный характер.

Сигментодиэлектрики – зависимость поляризованности от напряжения внешнего электрического поля Е представляет собой петлю гистерезиса. После снятие внешнего электрического поля сохраняется остаточная поляризованность.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ(уч.10кл.390-391)

Диэлектрики см.выше (уч.10кл.стр.386-390)

Относительная диэлектрическая проницаемость.

Формула. Обозначение. Единицы измерения

Напряженность поля в диэлектрике.

Напряженность поля сферы и плоскости при наличии среды

Емкость плоского конденсатора при наличии среды

Разрыв линий напряженности на границе сред с разной диэлектрической проницаемостью

Использование электризации в промышленности (угольный фильтр)

В диэлектрике напряженность суммарного поля связанных зарядов направлена противоположно напряженности внешнего поля.

Вследствие этого поле в диэлектрике ослабляется. Степень ослабления зависит от свойств диэлектрика.

Ослабление поля в диэлектрике по сравнению с вакуумом характеризует относительная диэлектрическая проницаемость.

Относительная диэлектрическая проницаемость среды – число, показывающее во сколько раз модуль напряженности электростатического поля в однородном диэлектрике  меньше, чем напряженность поля в вакууме

e =

Обозначение - e

Данная формула справедлива только для однородной среды или для случаев особой симметрии тела, например пластины в однородном поле.

Для тела произвольной формы зависимость  и  гораздо сложнее и определяется формой тела и его ориентацией по отношению к .

Следовательно, напряженность поля в диэлектрике:

E =

Кулоновская сила взаимодействия двух точечных зарядов в диэлектрике уменьшается в e раз по сравнению с вакуумом:

F12 =  

Силы между заряженными телами в отличие от сил всемирного тяготения зависят от свойств среды, в которой эти тела находятся.

Соответственно, в диэлектрике уменьшается напряженность поля точечного заряда, диполя, заряженной сферы и т.д.

Аналогично уменьшается и разность потенциалов.

Напряженность поля вне равномерно заряженной сферы совпадает с напряженностью поля точечного заряда, равного заряду сферы и помещенного в ее центре.

E =

Напряженность поля бесконечной равномерно заряженной плоскости постоянна (одинакова на любом расстоянии от плоскости) и зависит лишь от поверхностной плотности заряда.

E =

В случае среды с относительной диэлектрической проницаемостью e, напряженность поля уменьшится в e раз:

для сферы или точечного заряда E =

для плоскости E =

Если между платин конденсатора пометить диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью e, то емкость конденсатора возрастет в e раз:

C =

Напряженность электрического поля зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды e поэтому при наличии нескольких граничащих диэлектриков на границе разрыва двух сред напряженность поля меняется скачком (линии вектора Е терпят разрыв).

Поляризация диэлектриков в сильном электростатическом поле используется в электрических фильтрах для очистки газа от угольной пыли.

Когда сила тяжести частиц, задержанных фильтром, становится больше их силы притяжения к электродам, пыль оседает на дно фильтра.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА(уч.10кл.стр.400-402, 403-406)

Конденсатор (см.выше уч.10кл.стр. 400-402)

Потенциальная энергия пластин конденсатора. Рисунок (стр.403)

Формула потенциальной энергии плоского конденсатора. Обозначение

Определение объемной плотности энергии электростатического поля. Единицы измерения

Формула объемной плотности энергии плоского конденсатора и ее физический смысл

Применение конденсаторов в лампах-вспышках

Как и любая система заряженных тел, конденсатор обладает энергией. Вычислим ее.

Работа, совершаемая при разделении положительных и отрицательных зарядов, сообщаемых пластинам конденсатора, равна энергии, приобретаемой конденсатором.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64