Определить расстояние между пластинами конденсатора, если площадь пластины плоского воздушного конденсатора 5×10-3 м², заряд конденсатора 2×10-9 Кулон, разность потенциалов между его пластинами 180 Вольт, ε0 — электрическая постоянная, численно равная 8,85×10-12 ф/м.
Дано: S=5×10-3м²; q=2×10-9 Кл; U=90 В; ε0=8,85×10-12 ф/м
Найти: d — ?
Решение:
Приравняв правые части формул емкости плоского конденсатора ; , получим , отсюда выведем формулу для определения расстояния между пластинами конденсатора
;
м
Ответ: расстояние между пластинами конденсатора составляет 4×10-3 метра
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе. Калькулятор онлайн.
Онлайн калькулятор вычисления расстояния между пластинами в плоском конденсаторе, позволит найти расстояние между пластинами через электроемкость и площадь пластины, а
также через площадь пластины, напряжение и заряд на пластине. Калькулятор произведет вычисление и даст подробное решение. Единицы измерения, могут включать любые приставки Си.
Калькулятор автоматически переведет одни единицы в другие.
Калькулятор вычислит:
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе через электроемкость и площадь пластины.
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе через площадь пластины, напряжение и заряд на пластине.
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе через электроемкость и площадь пластины
Плоский конденсатор представляет собой две параллельные проводящие пластины, разделенные диэлектриком, расположенные на малом расстоянии друг от друга.
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе определяется формулой, где
ε0 – электрическая постоянная, ε0 = 8.85418781762039 × 10-12
ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика
S – площадь пластины
C – емкость плоского конденсатора
Единицей измерения расстояния является – Метр (м, m).
Диэлектрическая проницаемость ε =
Площадь пластины S =
Электроемкость C
Единица измерения расстояния d
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе через площадь пластины, напряжение и заряд на пластине
Плоский конденсатор представляет собой две параллельные проводящие пластины, разделенные диэлектриком, расположенные на малом расстоянии друг от друга.
Расстояние между пластинами в плоском конденсаторе определяется формулой, где
ε0 – электрическая постоянная, ε0 = 8.85418781762039 × 10-12
ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика
S – площадь пластины
U – напряжение
Q – заряд на пластине
Единицей измерения расстояния является – Метр (м, m).
Диэлектрическая проницаемость ε =
Площадь пластины S =
Напряжение U =
Заряд Q =
Единица измерения расстояния d
Вам могут также быть полезны следующие сервисы |
Калькуляторы (физика) |
Механика |
Калькулятор вычисления скорости, времени и расстояния |
Калькулятор вычисления ускорения, скорости и перемещения |
Калькулятор вычисления времени движения |
Калькулятор времени |
Второй закон Ньютона. Калькулятор вычисления силы, массы и ускорения. |
Закон всемирного тяготения. Калькулятор вычисления силы притяжения, массы и расстояния. |
Импульс тела. Калькулятор вычисления импульса, массы и скорости |
Импульс силы. Калькулятор вычисления импульса, силы и времени действия силы. |
Вес тела. Калькулятор вычисления веса тела, массы и ускорения свободного падения |
Оптика |
Калькулятор отражения и преломления света |
Электричество и магнетизм |
Калькулятор Закона Ома |
Калькулятор Закона Кулона |
Калькулятор напряженности E электрического поля |
Калькулятор нахождения точечного электрического заряда Q |
Калькулятор нахождения силы F действующей на заряд q |
Калькулятор вычисления расстояния r от заряда q |
Калькулятор вычисления потенциальной энергии W заряда q |
Калькулятор вычисления потенциала φ электростатического поля |
Калькулятор вычисления электроемкости C проводника и сферы |
Конденсаторы |
Калькулятор вычисления электроемкости C плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов |
Калькулятор вычисления напряженности E электрического поля плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов |
Калькулятор вычисления напряжения U (разности потенциалов) плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов |
Калькулятор вычисления расстояния d между пластинами в плоском конденсаторе |
Калькулятор вычисления площади пластины (обкладки) S в плоском конденсаторе |
Калькулятор вычисления энергии W заряженного конденсатора |
Калькулятор вычисления энергии W заряженного конденсатора. Для плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов |
Калькулятор вычисления объемной плотности энергии w электрического поля для плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов |
Калькуляторы по астрономии |
Вес тела на других планетах |
Ускорение свободного падения на планетах Солнечной системы и их спутниках |
Конвертеры величин |
Конвертер единиц длины |
Конвертер единиц скорости |
Конвертер единиц ускорения |
Цифры в текст |
Калькуляторы (Теория чисел) |
Калькулятор выражений |
Калькулятор упрощения выражений |
Калькулятор со скобками |
Калькулятор уравнений |
Калькулятор суммы |
Калькулятор пределов функций |
Калькулятор разложения числа на простые множители |
Калькулятор НОД и НОК |
Калькулятор НОД и НОК по алгоритму Евклида |
Калькулятор НОД и НОК для любого количества чисел |
Калькулятор делителей числа |
Представление многозначных чисел в виде суммы разрядных слагаемых |
Калькулятор деления числа в данном отношении |
Калькулятор процентов |
Калькулятор перевода числа с Е в десятичное |
Калькулятор экспоненциальной записи чисел |
Калькулятор нахождения факториала числа |
Калькулятор нахождения логарифма числа |
Калькулятор квадратных уравнений |
Калькулятор остатка от деления |
Калькулятор корней с решением |
Калькулятор нахождения периода десятичной дроби |
Калькулятор больших чисел |
Калькулятор округления числа |
Калькулятор свойств корней и степеней |
Калькулятор комплексных чисел |
Калькулятор среднего арифметического |
Калькулятор арифметической прогрессии |
Калькулятор геометрической прогрессии |
Калькулятор модуля числа |
Калькулятор абсолютной погрешности приближения |
Калькулятор абсолютной погрешности |
Калькулятор относительной погрешности |
Дроби |
Калькулятор интервальных повторений |
Учим дроби наглядно |
Калькулятор сокращения дробей |
Калькулятор преобразования неправильной дроби в смешанную |
Калькулятор преобразования смешанной дроби в неправильную |
Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления дробей |
Калькулятор возведения дроби в степень |
Калькулятор перевода десятичной дроби в обыкновенную |
Калькулятор перевода обыкновенной дроби в десятичную |
Калькулятор сравнения дробей |
Калькулятор приведения дробей к общему знаменателю |
Калькуляторы (тригонометрия) |
Калькулятор синуса угла |
Калькулятор косинуса угла |
Калькулятор тангенса угла |
Калькулятор котангенса угла |
Калькулятор секанса угла |
Калькулятор косеканса угла |
Калькулятор арксинуса угла |
Калькулятор арккосинуса угла |
Калькулятор арктангенса угла |
Калькулятор арккотангенса угла |
Калькулятор арксеканса угла |
Калькулятор арккосеканса угла |
Калькулятор нахождения наименьшего угла |
Калькулятор определения вида угла |
Калькулятор смежных углов |
Калькуляторы систем счисления |
Калькулятор перевода чисел из арабских в римские и из римских в арабские |
Калькулятор перевода чисел в различные системы счисления |
Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления двоичных чисел |
Системы счисления теория |
N2 | Двоичная система счисления |
N3 | Троичная система счисления |
N4 | Четырехичная система счисления |
N5 | Пятеричная система счисления |
N6 | Шестеричная система счисления |
N7 | Семеричная система счисления |
N8 | Восьмеричная система счисления |
N9 | Девятеричная система счисления |
N11 | Одиннадцатиричная система счисления |
N12 | Двенадцатеричная система счисления |
N13 | Тринадцатеричная система счисления |
N14 | Четырнадцатеричная система счисления |
N15 | Пятнадцатеричная система счисления |
N16 | Шестнадцатеричная система счисления |
N17 | Семнадцатеричная система счисления |
N18 | Восемнадцатеричная система счисления |
N19 | Девятнадцатеричная система счисления |
N20 | Двадцатеричная система счисления |
N21 | Двадцатиодноричная система счисления |
N22 | Двадцатидвухричная система счисления |
N23 | Двадцатитрехричная система счисления |
N24 | Двадцатичетырехричная система счисления |
N25 | Двадцатипятеричная система счисления |
N26 | Двадцатишестеричная система счисления |
N27 | Двадцатисемеричная система счисления |
N28 | Двадцативосьмеричная система счисления |
N29 | Двадцатидевятиричная система счисления |
N30 | Тридцатиричная система счисления |
N31 | Тридцатиодноричная система счисления |
N32 | Тридцатидвухричная система счисления |
N33 | Тридцатитрехричная система счисления |
N34 | Тридцатичетырехричная система счисления |
N35 | Тридцатипятиричная система счисления |
N36 | Тридцатишестиричная система счисления |
Калькуляторы площади геометрических фигур |
Площадь квадрата |
Площадь прямоугольника |
КАЛЬКУЛЯТОРЫ ЗАДАЧ ПО ГЕОМЕТРИИ |
Калькуляторы (Комбинаторика) |
Калькулятор нахождения числа перестановок из n элементов |
Калькулятор нахождения числа сочетаний из n элементов |
Калькулятор нахождения числа размещений из n элементов |
Калькуляторы линейная алгебра и аналитическая геометрия |
Калькулятор сложения и вычитания матриц |
Калькулятор умножения матриц |
Калькулятор транспонирование матрицы |
Калькулятор нахождения определителя (детерминанта) матрицы |
Калькулятор нахождения обратной матрицы |
Длина отрезка. Онлайн калькулятор расстояния между точками |
Онлайн калькулятор нахождения координат вектора по двум точкам |
Калькулятор нахождения модуля (длины) вектора |
Калькулятор сложения и вычитания векторов |
Калькулятор скалярного произведения векторов через длину и косинус угла между векторами |
Калькулятор скалярного произведения векторов через координаты |
Калькулятор векторного произведения векторов через координаты |
Калькулятор смешанного произведения векторов |
Калькулятор умножения вектора на число |
Калькулятор нахождения угла между векторами |
Калькулятор проверки коллинеарности векторов |
Калькулятор проверки компланарности векторов |
Генератор Pdf с примерами |
Тренажёры решения примеров |
Тренажер по математике |
Тренажёр таблицы умножения |
Тренажер счета для дошкольников |
Тренажер счета на внимательность для дошкольников |
Тренажер решения примеров на сложение, вычитание, умножение, деление. Найди правильный ответ. |
Тренажер решения примеров с разными действиями |
Тренажёры решения столбиком |
Тренажёр сложения столбиком |
Тренажёр вычитания столбиком |
Тренажёр умножения столбиком |
Тренажёр деления столбиком с остатком |
Калькуляторы решения столбиком |
Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления столбиком |
Калькулятор деления столбиком с остатком |
Генераторы |
Генератор примеров по математике |
Генератор случайных чисел |
Генератор паролей |
Содержание
- Расстояние между пластинами конденсатора
- Конденсаторы
- теория по физике 🧲 электростатика
- Электроемкость конденсатора
- Энергия конденсатора
- Подсказки к задачам
- Соединения конденсаторов
- Подсказки к задачам
- Разбор задач на тему «Заряженная частица в поле конденсатора»
Расстояние между пластинами конденсатора
Пользователи
31 сообщений
Откуда: Ростов-на-Дону
Кто: IT-Инженер
Возраст: 32
Не подумайте что я бездумно отправляю первую попавшуюся задачу сразу же на форум, предварительно я просматриваю большое колличество материала в поиске хотя бы отдаленно похожего решения, просто что бы что-то решить мне необходимо хотя бы на пример взглянуть. В сети к сожелению по отношению к конденсатору ничего подобного не ищут , только емкость , напряжение и прочее. Здесь же мне снова предлагают сварить кашу из топора.
Как использовать период и массу я не представляю, во всех разделах учебников, сайтов , статей где речь идёт о конденсаторах ничего подобного нет. Буду очень признателен за наставления на путь истиный.
А вот собственно текст задачки.
В однородном поле плоского конденсатора, пластины которого расположены вертикально в вакууме, совершает колебательные движения металлическая пылинка. Конденсатор подключен к источнику напряжения. Определить расстояние между пластинами d, если масса пылинки m, период колебаний Т, напряжение на конден-саторе U, заряд, передаваемый при неупругом соударении с пластинкой q.
Источник
Конденсаторы
теория по физике 🧲 электростатика
Конденсатор служит для накопления электрического заряда. Он представляет собой два проводника, разделенных слоем диэлектрика.
Плоский конденсатор — система двух разноименно заряженных пластин.
Разность потенциалов U (В) между обкладками конденсатора (напряжение между пластинами), определяется произведением напряженности создаваемого ими электрического поля на расстояние между ними:
Электроемкость конденсатора
Электрическая емкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.
Электроемкость обозначается как C. Единица измерения электрической емкости — Фарад (Ф).
Электроемкость конденсатора определяется формулой:
- ε 0 — диэлектрическая постоянная, равная 8,85∙10 –12 Кл 2 /(Н∙м 2 );
- ε — диэлектрическая проницаемость среды;
- S (м 2 ) — площадь каждой пластины.
Внимание! У воздушного конденсатора диэлектрическая проницаемость среды равна 1.
Связь между электроемкостью конденсатора, зарядом и напряжением определяется формулами:
Важно! Электроемкость конденсатора зависит только от площади его пластин, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды. От заряда и напряжения эта величина не зависит.
Энергия конденсатора
Энергия конденсатора связана с его электроемкостью и вычисляется по следующим формулам:
W э = q 2 2 C . . = C U 2 2 .
Подсказки к задачам
Конденсатор отключен от источника | q = q′ |
Конденсатор подключен к источнику | U = U′ |
Количество теплоты и энергия конденсатора | Q = ∆Wэ |
Пример №1. Вычислить электроемкость плоского воздушного конденсатора с квадратными пластинами со стороной 10 см, расположенными на расстоянии 1 мм друг от друга. Ответ округлить до десятых.
Так как между обкладками конденсатора находится воздух, примем диэлектрическую проницаемость среды за единицу.
Площадь квадратной пластины равна квадрату ее стороны:
Соединения конденсаторов
1 C . . = 1 C 1 . . + 1 C 2 . .
Подсказки к задачам
Два конденсатора, электроемкости которых C1 и C2, заряжены до напряжения U1 и U2. Найдите разность потенциалов после соединения конденсаторов одноименными полюсами. | Схема соединения конденсаторов одноименными полюсами: Заряд системы после соединения: |
q′ = C 1 U 1 + C 2 U 2
Электрическая емкость системы:
U′ = q ′ C ′ . . = C 1 U 1 + C 2 U 2 C 1 + C 2 . .
Два конденсатора, электроемкости которых C1 и C2, заряжены до напряжения U1 и U2. Найдите разность потенциалов после соединения конденсаторов разноименными полюсами.
Схема соединения конденсаторов разноименными полюсами:
Заряд системы после соединения:
q′ = C 1 U 1 − C 2 U 2
Электрическая емкость системы:
U′ = q ′ C ′ . . = C 1 U 1 − C 2 U 2 C 1 + C 2 . .
Пример №2. К конденсатору, электрическая емкость которого C = 16 пФ, подключают два одинаковых конденсатора емкостью X: один параллельно, а второй — последовательно (см. рисунок). Емкость образовавшейся батареи конденсаторов равна емкости C. Какова емкость X? Ответ округлите до десятых.
Электрическая емкость параллельного соединения равна:
C п а р а л = X + C
Электроемкость последовательного соединения:
1 C п о с л е д . . = 1 C п а р а л . . + 1 X . . = 1 X + C . . + 1 X . .
Учтем, что суммарная электроемкость равна C:
1 C . . = 1 X + C . . + 1 X . .
Преобразуем, умножим выражение на CX(X+C):
X ( X + C ) = C X + C ( X + C )
X 2 + X C = C X + C X + C 2
X 2 − C X − C 2 = 0
Решив уравнение, получим: X = 25,9 пФ.
Разбор задач на тему «Заряженная частица в поле конденсатора»
Шарик, находящийся в масле плотностью ρ, «висит» в поле плоского конденсатора. Плотность вещества шарика ρш > ρ, его радиус r, расстояние между обкладками конденсатора d. Каков заряд шарика, если электрическое поле направлено вверх, а разность потенциалов между обкладками U? | Условие равновесия исходит из второго закона Ньютона: |
− F т я ж + − F K + − F A = 0
ρш > ρ, поэтому − F т я ж > − F A . В этом случае сила Кулона направлена вверх, а заряд шарика положительный. Схематически это можно отобразить так:
Проекция второго закона Ньютона на ось ОУ:
F K + F A = F т я ж
Сила тяжести равна произведению объема на плотность шарика и на ускорение свободного падения:
F т я ж = ρ ш 4 3 . . π r 3 g
Архимедова сила равна произведению объема шарика на плотность масла и на ускорение свободного падения:
F А = ρ 4 3 . . π r 3 g
q U d . . + ρ 4 3 . . π r 3 g = ρ ш 4 3 . . π r 3 g
q = ( ρ ш 4 3 . . π r 3 g − ρ 4 3 . . π r 3 g ) d U . . = 4 π r 3 g d ( ρ ш − ρ ) 3 U . .
Маленький шарик с зарядом q и массой m, подвешенный на невесомой нити с коэффициентом упругости k, находится между вертикальными пластинами воздушного конденсатора. Расстояние между обкладками конденсатора d. Какова разность потенциалов между обкладками конденсатора U, если удлинение нити ∆l?
Условие равновесия исходит из второго закона Ньютона:
− F т я ж + − F K + − F у п р = 0
Проекции на оси ОХ и ОУ соответственно:
F у п р sin . α − F K = 0
F у п р cos . α − m g = 0
k Δ l sin . α = q U d . .
k Δ l cos . α = m g
Чтобы избавиться от угла α, возведем уравнения в квадрат и сложим их:
( k Δ l ) 2 sin 2 . α + ( k Δ l ) 2 cos 2 . α = ( q U d . . ) 2 + ( m g ) 2
( k Δ l ) 2 ( sin 2 . α + cos 2 . α ) = ( q U d . . ) 2 + ( m g ) 2
sin 2 . α + cos 2 . α = 1
( k Δ l ) 2 = ( q U d . . ) 2 + ( m g ) 2
U = d q . . √ ( k Δ l ) 2 − ( m g ) 2
Пластины плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d друг от друга. Напряжение на пластинах конденсатора U. В пространстве между пластинами падает капля жидкости. Масса капли m, ее заряд q. Определите расстояние между пластинами. Влиянием воздуха на движение капли пренебречь. Второй закон Ньютона в векторной форме:
− F т я ж + − F K = 0
Проекция на вертикальную ось:
F т я ж − F K = 0
Между двумя параллельными горизонтально расположенными диэлектрическими пластинами создано однородное электрическое поле с напряженностью − E , направленное вертикально вниз. Между пластинами помещен шарик на расстоянии d от верхней пластины и b от нижней. Заряд шарика –q, масса m. Шарик освобождают, и он начинает двигаться. Через какой промежуток времени t шарик ударится об одну из пластин, если система находится в поле силы тяжести Земли? Второй закон Ньютона в векторной форме:
− F т я ж + − F K = m − a
Согласно условию данной задачи, сила тяжести противоположно направлена силе Кулона. Построим рисунок:
Если Fтяж > FK, то шарик движется с ускорением вниз. Ускорение и перемещение в этом случае равны:
Если Fтяж a = q E − m g m . .
Начальная скорость шарика равна нулю. Поэтому перемещение также равно:
m g − q E m . . t 2 2 . . = b
t = √ 2 b m m g − q E . .
Выполняя вычисления для случая Сделаем вычисления для случая Fтяж t = √ 2 b m q E − m g . .
Между двумя параллельными, вертикально расположенными диэлектрическими пластинами создано однородное электрическое поле, напряженность которого − E и направлена слева направо. Между пластинами помещен шарик на расстоянии b от левой пластины и d от правой. Заряд шарика –q, масса m. Шарик освобождают, и он начинает двигаться. Найдите смещение шарика по вертикали ∆h до удара об одну из пластин. Пластины имеют достаточно большой размер. Второй закон Ньютона в векторной форме:
− F т я ж + − F K = m − a
Если сила Кулона направлена вправо, то sx = d.
Если сила Кулона направлена вправо, то sx = b.
Учитывая, что заряд меньше нуля, а вектор напряженности направлен вправо, делаем вывод, что кулоновская сила направлена влево.
Из проекций второго закона Ньютона выразим проекции ускорения на оси ОХ и ОУ соответственно:
Проекции перемещений на эти же оси:
s x = Δ h = g t 2 2 . .
q E m . . t 2 2 . . = b
Так как время движения шарика по вертикали и горизонтали одинаково:
t 2 = 2 Δ h g . . = 2 m b q E . .
Введите ответ в поле ввода Плоский конденсатор подключён к гальваническому элементу. Как изменятся при уменьшении зазора между обкладками конденсатора три величины: ёмкость конденсатора, величина заряда на его обкладках, разность потенциалов между ними?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Алгоритм решения
Решение
Емкость конденсатора определяется формулой:
Следовательно, емкость имеет обратно пропорциональную зависимость от расстояния между обкладками. Если расстояние уменьшить, то емкость увеличится.
Вот как взаимосвязана электроемкость и заряд конденсатора:
Мы выяснили, что электроемкость увеличивается. Следовательно, увеличится и заряд, так как они имеют прямо пропорциональную зависимость.
С учетом того, что плоский конденсатор подключен к гальваническому элементу, разность потенциалов никак не зависит от расстояния между обкладками. Поэтому величина U остается неизменной.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Воспользовавшись оборудованием, представленным на рис. 1, учитель собрал модель плоского конденсатора (рис. 2), зарядил нижнюю пластину положительным зарядом, а корпус электрометра заземлил. Соединённая с корпусом электрометра верхняя пластина конденсатора приобрела отрицательный заряд, равный по модулю заряду нижней пластины. После этого учитель сместил одну пластину относительно другой не изменяя расстояния между ними (рис. 3). Как изменились при этом показания электрометра (увеличились, уменьшились, остались прежними)? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Показания электрометра в данном опыте прямо пропорциональны разности потенциалов между пластинами конденсатора.
Алгоритм решения
Решение
На первом рисунке стрелка и стержень электрометра, соединённые с нижней пластиной, но изолированные от корпуса, заряжаются положительно. Поэтому стрелка отклоняется на некоторый угол. В верхней пластине и металлическом корпусе электрометра происходит перераспределение свободных электронов таким образом, что верхняя пластина заряжается отрицательно.
На втором рисунке заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, пластины образуют конденсатор с ёмкостью:
S — площадь перекрытия пластин, d — расстояние между ними, ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.
Характер изменения угла отклонения стрелки совпадает с изменением разности потенциалов между пластинами: при увеличении разности потенциалов увеличивается угол отклонения, при уменьшении разности потенциалов угол уменьшается.
На рисунке 3 площадь перекрытия пластин уменьшилась. Следовательно, уменьшилась электроемкость, которая имеет обратно пропорциональную зависимость от разности потенциалов:
Заряд остается постоянным, поскольку система изолированная — заряду просто некуда деться. Поэтому с уменьшением электроемкость растет разность потенциалов. Поэтому показания электрометра увеличатся.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Ученик изучает свойства плоского конденсатора. Какую пару конденсаторов (см. рисунок) он должен выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками?
Алгоритм решения
- Установить, какие величины в данном эксперименте должны быть переменными, а какие — постоянными.
- Найти рисунок с парой конденсаторов, удовлетворяющий требованиям, выявленным в шаге 1.
Решение
Чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками, нужно сохранить все величины постоянными, кроме самого расстояния. Поэтому площади обкладок должны быть одинаковыми, но расстояние между ними разными, как на рисунке 1.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Протон влетает в электрическое поле конденсатора параллельно его пластинам в точке, находящейся посередине между пластинами (см. рисунок). Найдите минимальную скорость υ , «> υ , с которой протон должен влететь в конденсатор, чтобы затем вылететь из него. Длина пластин конденсатора 5 см, расстояние между пластинами 1 см, напряжённость электрического поля конденсатора 5000 В/м. Поле внутри конденсатора считать однородным, силой тяжести пренебречь.
Ответ записать в км/с, округлив до десятков.
Алгоритм решения
Решение
Запишем исходные данные:
Изначально протон обладает только горизонтальной скоростью v, равной vx. Влетев в однородное электростатическое поле внутри конденсатора, протон обретает вертикальную компоненту скорости, которая растет за счет ускорения, придаваемого кулоновскими силами. Положительно заряженный протон притягивается нижней отрицательно зараженной пластиной конденсатора.
Чтобы протон вылетел из конденсатора, его горизонтальная компонента скорости должна быть достаточной для того, чтобы частица не притянулась к нижней пластине раньше. Время, которое понадобится протону для преодоления длины пластин конденсатора со скоростью vx:
t = l v x . . = l v . .
Протон влетел в пространство между обкладками конденсатора на одинаковом расстоянии от них. Следовательно, прежде чем он упадет на нижнюю пластину, по оси OY он переместится на расстояние, равное 0,5d. Так как начальная компонента скорости равна нулю (мы пренебрегаем силой тяжести):
0 , 5 d = a t 2 2 . .
Протон вылетит из конденсатора, а не упадет на его пластину, если время горизонтального перемещения до конца пластин будет как минимум равно времени падения. Выразим время падения:
Приравняем правые части уравнений времени и получим:
Отсюда скорость равна:
Ускорение выразим из второго закона Ньютона:
F K = m a = q U d . .
Но известно, что:
a = q E d m d . . = q E m . .
Минимальная скорость, с которой протон должен влететь в конденсатор, составляет 346∙10 3 м/с. Округлим до десятков и переведем в км/с. Получим 350 км/с.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Источник
Конденсатор служит для накопления электрического заряда. Он представляет собой два проводника, разделенных слоем диэлектрика.
Плоский конденсатор — система двух разноименно заряженных пластин.
Разность потенциалов U (В) между обкладками конденсатора (напряжение между пластинами), определяется произведением напряженности создаваемого ими электрического поля на расстояние между ними:
U=Ed
Электроемкость конденсатора
Определение
Электрическая емкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.
Электроемкость обозначается как C. Единица измерения электрической емкости — Фарад (Ф).
Электроемкость конденсатора определяется формулой:
C=ε0εSd
- ε0 — диэлектрическая постоянная, равная 8,85∙10–12 Кл2/(Н∙м2);
- ε — диэлектрическая проницаемость среды;
- S (м2) — площадь каждой пластины.
Внимание! У воздушного конденсатора диэлектрическая проницаемость среды равна 1.
Связь между электроемкостью конденсатора, зарядом и напряжением определяется формулами:
C=QU=qU
Важно! Электроемкость конденсатора зависит только от площади его пластин, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды. От заряда и напряжения эта величина не зависит.
Энергия конденсатора
Формула энергии конденсатора
Энергия конденсатора связана с его электроемкостью и вычисляется по следующим формулам:
Wэ=q22C=CU22
Подсказки к задачам
Конденсатор отключен от источника | q = q′ |
Конденсатор подключен к источнику | U = U′ |
Количество теплоты и энергия конденсатора | Q = ∆Wэ |
Пример №1. Вычислить электроемкость плоского воздушного конденсатора с квадратными пластинами со стороной 10 см, расположенными на расстоянии 1 мм друг от друга. Ответ округлить до десятых.
10 см = 0,1 м
1 мм = 0,001 м
Так как между обкладками конденсатора находится воздух, примем диэлектрическую проницаемость среды за единицу.
Площадь квадратной пластины равна квадрату ее стороны:
S = a2
Соединения конденсаторов
Последовательное соединение | Параллельное соединение | |
Схема | ||
Напряжение |
U=U1+U2 |
U=U1=U2 |
Заряд |
q=q1=q2 |
q=q1+q2 |
Электроемкость |
1C=1C1+1C2 |
C=C1+C2 |
Подсказки к задачам
Два конденсатора, электроемкости которых C1 и C2, заряжены до напряжения U1 и U2. Найдите разность потенциалов после соединения конденсаторов одноименными полюсами. | Схема соединения конденсаторов одноименными полюсами:
Заряд системы после соединения: q′ Электрическая емкость системы: C′ Напряжение: U′ |
Два конденсатора, электроемкости которых C1 и C2, заряжены до напряжения U1 и U2. Найдите разность потенциалов после соединения конденсаторов разноименными полюсами. |
Схема соединения конденсаторов разноименными полюсами: Заряд системы после соединения: q′ Электрическая емкость системы: C′ Напряжение: U′ |
Пример №2. К конденсатору, электрическая емкость которого C = 16 пФ, подключают два одинаковых конденсатора емкостью X: один параллельно, а второй — последовательно (см. рисунок). Емкость образовавшейся батареи конденсаторов равна емкости C. Какова емкость X? Ответ округлите до десятых.
Электрическая емкость параллельного соединения равна:
Cпарал=X+C
Электроемкость последовательного соединения:
1Cпослед=1Cпарал+1X=1X+C+1X
Учтем, что суммарная электроемкость равна C:
1C=1X+C+1X
Преобразуем, умножим выражение на CX(X+C):
X(X+C)=CX+C(X+C)
Раскроем скобки:
X2+XC=CX+CX+C2
X2−CX−C2=0
Решив уравнение, получим: X = 25,9 пФ.
Разбор задач на тему «Заряженная частица в поле конденсатора»
Шарик, находящийся в масле плотностью ρ, «висит» в поле плоского конденсатора. Плотность вещества шарика ρш > ρ, его радиус r, расстояние между обкладками конденсатора d. Каков заряд шарика, если электрическое поле направлено вверх, а разность потенциалов между обкладками U? | Условие равновесия исходит из второго закона Ньютона:
−Fтяж+−FK+−FA=0 ρш > ρ, поэтому −Fтяж> −FA. В этом случае сила Кулона направлена вверх, а заряд шарика положительный. Схематически это можно отобразить так: Проекция второго закона Ньютона на ось ОУ: FK+FA=Fтяж Сила тяжести равна произведению объема на плотность шарика и на ускорение свободного падения: Fтяж=ρш43πr3g Архимедова сила равна произведению объема шарика на плотность масла и на ускорение свободного падения: FА=ρ43πr3g Сила Кулона: FK=qUd qUd+ρ43πr3g=ρш43πr3g q=(ρш43πr3g−ρ43πr3g)dU=4πr3gd(ρш−ρ)3U |
Маленький шарик с зарядом q и массой m, подвешенный на невесомой нити с коэффициентом упругости k, находится между вертикальными пластинами воздушного конденсатора. Расстояние между обкладками конденсатора d. Какова разность потенциалов между обкладками конденсатора U, если удлинение нити ∆l? |
Условие равновесия исходит из второго закона Ньютона: −Fтяж+−FK+−Fупр=0 Проекции на оси ОХ и ОУ соответственно: Fупрsinα−FK=0 Fупрcosα−mg=0 Отсюда: kΔlsinα=qUd kΔlcosα=mg Чтобы избавиться от угла α, возведем уравнения в квадрат и сложим их: (kΔl)2sin2α+(kΔl)2cos2α=(qUd)2+(mg)2 (kΔl)2(sin2α+cos2α)=(qUd)2+(mg)2 sin2α+cos2α=1 (kΔl)2=(qUd)2+(mg)2 U=dq√(kΔl)2−(mg)2 |
Пластины плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d друг от друга. Напряжение на пластинах конденсатора U. В пространстве между пластинами падает капля жидкости. Масса капли m, ее заряд q. Определите расстояние между пластинами. Влиянием воздуха на движение капли пренебречь. | Второй закон Ньютона в векторной форме:
−Fтяж+−FK=0 Проекция на вертикальную ось: Fтяж−FK=0 Fтяж=mg FK=qUd mg=qUd d=qUmg |
Между двумя параллельными горизонтально расположенными диэлектрическими пластинами создано однородное электрическое поле с напряженностью −E, направленное вертикально вниз. Между пластинами помещен шарик на расстоянии d от верхней пластины и b от нижней. Заряд шарика –q, масса m. Шарик освобождают, и он начинает двигаться. Через какой промежуток времени t шарик ударится об одну из пластин, если система находится в поле силы тяжести Земли? | Второй закон Ньютона в векторной форме:
−Fтяж+−FK=m−a Согласно условию данной задачи, сила тяжести противоположно направлена силе Кулона. Построим рисунок: Если Fтяж > FK, то шарик движется с ускорением вниз. Ускорение и перемещение в этом случае равны: a=mg−qEm s=b Если Fтяж < FK, то шарик движется с ускорением верх. Ускорение и перемещение в этом случае равны: a=qE−mgm s=d Начальная скорость шарика равна нулю. Поэтому перемещение также равно: s=at22 Сделаем вычисления для случая Fтяж > FK: at22=b mg−qEmt22=b t=√2bmmg−qE Выполняя вычисления для случая Сделаем вычисления для случая Fтяж < FK, получим: t=√2bmqE−mg |
Между двумя параллельными, вертикально расположенными диэлектрическими пластинами создано однородное электрическое поле, напряженность которого −E и направлена слева направо. Между пластинами помещен шарик на расстоянии b от левой пластины и d от правой. Заряд шарика –q, масса m. Шарик освобождают, и он начинает двигаться. Найдите смещение шарика по вертикали ∆h до удара об одну из пластин. Пластины имеют достаточно большой размер. | Второй закон Ньютона в векторной форме:
−Fтяж+−FK=m−a Если сила Кулона направлена вправо, то sx = d. Если сила Кулона направлена вправо, то sx = b. Учитывая, что заряд меньше нуля, а вектор напряженности направлен вправо, делаем вывод, что кулоновская сила направлена влево. Из проекций второго закона Ньютона выразим проекции ускорения на оси ОХ и ОУ соответственно: ax=qEm ay=g Проекции перемещений на эти же оси: sx=axt22 sx=Δh=gt22 axt22=b Или: qEmt22=b Так как время движения шарика по вертикали и горизонтали одинаково: t2=2Δhg=2mbqE Δh=mbgqE |
Задание EF17979
Введите ответ в поле ввода
Плоский конденсатор подключён к гальваническому элементу. Как изменятся при уменьшении зазора между обкладками конденсатора три величины: ёмкость конденсатора, величина заряда на его обкладках, разность потенциалов между ними?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличится
- уменьшится
- не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Алгоритм решения
1.Определить, от чего зависит емкость конденсатора, и как она изменится при уменьшении зазора между его обкладками.
2.Определить, от чего зависит величина заряда конденсатора, и как она изменится после уменьшения зазора между его обкладками.
3.Определить, от чего зависит разность потенциалов между обкладками конденсатора, и как она изменится при уменьшении зазора.
Решение
Емкость конденсатора определяется формулой:
C=ε0εSd
Следовательно, емкость имеет обратно пропорциональную зависимость от расстояния между обкладками. Если расстояние уменьшить, то емкость увеличится.
Вот как взаимосвязана электроемкость и заряд конденсатора:
C=qU
Мы выяснили, что электроемкость увеличивается. Следовательно, увеличится и заряд, так как они имеют прямо пропорциональную зависимость.
С учетом того, что плоский конденсатор подключен к гальваническому элементу, разность потенциалов никак не зависит от расстояния между обкладками. Поэтому величина U остается неизменной.
Ответ: 113
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18574
Воспользовавшись оборудованием, представленным на рис. 1, учитель собрал модель плоского конденсатора (рис. 2), зарядил нижнюю пластину положительным зарядом, а корпус электрометра заземлил. Соединённая с корпусом электрометра верхняя пластина конденсатора приобрела отрицательный заряд, равный по модулю заряду нижней пластины. После этого учитель сместил одну пластину относительно другой не изменяя расстояния между ними (рис. 3). Как изменились при этом показания электрометра (увеличились, уменьшились, остались прежними)? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Показания электрометра в данном опыте прямо пропорциональны разности потенциалов между пластинами конденсатора.
Алгоритм решения
1.Проанализировать каждый этап эксперимента.
2.Установить, от чего зависит угол отклонения стрелки электрометра.
3.Выяснить, что поменяется при смещении одной пластины конденсатора относительно другой, и что при этом произойдет со стрелкой электрометра.
Решение
На первом рисунке стрелка и стержень электрометра, соединённые с нижней пластиной, но изолированные от корпуса, заряжаются положительно. Поэтому стрелка отклоняется на некоторый угол. В верхней пластине и металлическом корпусе электрометра происходит перераспределение свободных электронов таким образом, что верхняя пластина заряжается отрицательно.
На втором рисунке заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, пластины образуют конденсатор с ёмкостью:
C=ε0εSd
S — площадь перекрытия пластин, d — расстояние между ними, ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.
Характер изменения угла отклонения стрелки совпадает с изменением разности потенциалов между пластинами: при увеличении разности потенциалов увеличивается угол отклонения, при уменьшении разности потенциалов угол уменьшается.
На рисунке 3 площадь перекрытия пластин уменьшилась. Следовательно, уменьшилась электроемкость, которая имеет обратно пропорциональную зависимость от разности потенциалов:
C=qU
Заряд остается постоянным, поскольку система изолированная — заряду просто некуда деться. Поэтому с уменьшением электроемкость растет разность потенциалов. Поэтому показания электрометра увеличатся.
Ответ: Увеличатся
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18695
Ученик изучает свойства плоского конденсатора. Какую пару конденсаторов (см. рисунок) он должен выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками?
Алгоритм решения
- Установить, какие величины в данном эксперименте должны быть переменными, а какие — постоянными.
- Найти рисунок с парой конденсаторов, удовлетворяющий требованиям, выявленным в шаге 1.
Решение
Чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками, нужно сохранить все величины постоянными, кроме самого расстояния. Поэтому площади обкладок должны быть одинаковыми, но расстояние между ними разными, как на рисунке 1.
Ответ: а
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18703
Протон влетает в электрическое поле конденсатора параллельно его пластинам в точке, находящейся посередине между пластинами (см. рисунок). Найдите минимальную скорость υ, с которой протон должен влететь в конденсатор, чтобы затем вылететь из него. Длина пластин конденсатора 5 см, расстояние между пластинами 1 см, напряжённость электрического поля конденсатора 5000 В/м. Поле внутри конденсатора считать однородным, силой тяжести пренебречь.
Ответ записать в км/с, округлив до десятков.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения величин в СИ.
2.Выполнить рисунок. Указать направление движения протона и силы, действующие на него.
3.Выяснить, при каком условии протон успеет вылететь из конденсатора.
4.Выполнить решение в общем виде.
5.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Масса протона: m = 1,67∙10–27 кг.
• Заряд протона: q = 1,6∙10–19 Кл.
• Расстояние между обкладками конденсатора: d = 1 см.
• Длина пластин конденсатора: l = 5 см.
• Напряженность однородного поля внутри конденсатора: E = 5000 В/м.
1 см = 0,01 м
5 см = 0,05 м
Сделаем рисунок:
Изначально протон обладает только горизонтальной скоростью v, равной vx. Влетев в однородное электростатическое поле внутри конденсатора, протон обретает вертикальную компоненту скорости, которая растет за счет ускорения, придаваемого кулоновскими силами. Положительно заряженный протон притягивается нижней отрицательно зараженной пластиной конденсатора.
Чтобы протон вылетел из конденсатора, его горизонтальная компонента скорости должна быть достаточной для того, чтобы частица не притянулась к нижней пластине раньше. Время, которое понадобится протону для преодоления длины пластин конденсатора со скоростью vx:
t=lvx=lv
Протон влетел в пространство между обкладками конденсатора на одинаковом расстоянии от них. Следовательно, прежде чем он упадет на нижнюю пластину, по оси OY он переместится на расстояние, равное 0,5d. Так как начальная компонента скорости равна нулю (мы пренебрегаем силой тяжести):
0,5d=at22
Протон вылетит из конденсатора, а не упадет на его пластину, если время горизонтального перемещения до конца пластин будет как минимум равно времени падения. Выразим время падения:
t=√da
Приравняем правые части уравнений времени и получим:
lv=√da
Отсюда скорость равна:
v=√al2d
Ускорение выразим из второго закона Ньютона:
FK=ma=qUd
a=qUmd
Но известно, что:
U=Ed
Поэтому:
a=qEdmd=qEm
Отсюда:
Минимальная скорость, с которой протон должен влететь в конденсатор, составляет 346∙103 м/с. Округлим до десятков и переведем в км/с. Получим 350 км/с.
Ответ: 350
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 5.9k
Систему проводников очень большой электроемкости вы можете обнаружить в любом радиоприемнике или купить в магазине. Называется она конденсатором. Сейчас вы узнаете, как устроены подобные системы и от чего зависит их электроемкость.
Конденсатор.
Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами.
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 (рис. 1). 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.
У сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических сфер, все поле сосредоточено между ними.
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.
Электроемкость конденсатора определяется формулой.
Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют.на разность потенциалов между его обкладками. Поэтому электроемкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него каких-либо других тел.
Первый конденсатор, названный лейденской банкой, был создан в середине XVIII в. Было обнаружено, что гвоздь, вставленный в стеклянную банку с ртутью, накапливает большой электрический заряд. В таком конденсаторе ртуть служила одной обкладкой, а ладони экспериментатора, держащего банку,- другой. Впоследствии обе обкладки стали делать из тонкой латуни или станиоля.
Электроемкость плоского конденсатора.
Геометрия плоского конденсатора полностью определяется площадью S его пластин и расстоянием d
между пластинами. От этих величин и должна зависеть емкость плоского конденсатора. Чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить: q~S.
С другой стороны, напряжение между пластинами согласно формуле пропорционально расстоянию между ними. Поэтому емкость
Кроме того, напряжение, так же как и напряженность поля, уменьшается в среде в εраз:
Следовательно, если- между пластинами находится диэлектрик, то емкость
Проверим на опыте зависимость (1), полученную нами из элементарных соображений. Для этого возьмем конденсатор, у которого расстояние между пластинами можно изменять, и электрометр с заземленным корпусом (рис.1). Соединим корпус и стержень электрометра проводниками с пластинами конденсатора и зарядим конденсатор. Для этого нужно коснуться наэлектризованной палочкой пластины конденсатора, соединенной со стержнем. Электрометр покажет разность потенциалов между пластинами.
Раздвигая пластины, мы обнаружим увеличение разности
потенциалов.
Согласно определению электроемкости – это указывает на ее уменьшение. В соответствии с зависимостью (1) электроемкость действительно должна уменьшаться с увеличением расстояния между пластинами.
Вставив между обкладками конденсатора пластину из диэлектрика, например из органического стекла, мы обнаружим уменьшение разности потенциалов.
Следовательно, электроемкость плоского конденсатора в этом случае увеличивается.
Расстояние между пластинами d
может быть очень малым, а площадь S и диэлектрическая проницаемость – достаточно большими. Поэтому при небольших размерах конденсатор может иметь большую электроемкость. Впрочем, плоский конденсатор электроемкостью в 1 Ф должен был бы иметь площадь пластин S = 100 км 2 при расстоянии между пластинами d=1
мм.
Измерение диэлектрической проницаемости. Зависимость электроемкости конденсатора от электрических свойств вещества между его обкладками используется для измерения диэлектрической проницаемости вещества. Для этого нужно экспериментально определить отношение электроемкости (С) конденсатора с диэлектрической пластиной между обкладками и без нее (Со). Как следует из выражения (1), диэлектрическая проницаемость
Различные типы конденсаторов. В зависимости от назначения 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 пикет небольшого размера.
В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроемкости (рис.2). Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входить 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 (рис.3). Диэлектриком в них служит очень тонкая пленка оксидов, покрывающих одну из обкладок (полосу фольги). Второй обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества (электролита).
Конденсаторы позволяют накапливать электрический заряд. Электроемкость плоского конденсатора пропорциональна произведению площади пластин на диэлектрическую проницаемость среды между ними и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
Рис.1 Рис.2
§ 9. Электрическая емкость, конденсаторы
Электрическая емкость проводника или устройства, состоящего из двух проводников, разделенных диэлектриком, характеризует их способность накапливать электрические заряды.
В технике широко применяют конденсаторы
– устройства, которые при сравнительно малых размерах способны накапливать значительные электрические заряды. Конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Они используются в энергетических установках, в устройствах электроники, автоматики и др.
Плоский конденсатор в простейшем виде состоит из двух металлических пластин-обкладок, разделенных диэлектриком, например воздухом, слюдой, парафинированной бумагой и др.
В зависимости от вида диэлектрика конденсатор называют бумажным, слюдяным, воздушным и т. д.
Электрическая емкость конденсатора определяется отношением величины заряда на его пластинах к напряжению между ними. Следовательно, электрическая емкость
Электрическая емкость измеряется в фарадах. Емкость конденсатора равна одной фараде, если увеличение его заряда на один кулон электричества вызывает повышение напряжения между его обкладками на один вольт.
Фарада – очень крупная единица емкости, которая практически не применяется.
Обычно пользуются более мелкими единицами емкости: микрофарадой (мкф
) и пикофарадой (пф
).
Фарада содержит миллион микрофарад: 1 ф
= 10 6 мкф
. Микрофарада содержит миллион пикофарад: 1 мкф
= 10 6 пф
.
Емкость конденсатора зависит от площади его пластин
. При одном и том же напряжении и одинаковом расстоянии между пластинами конденсатор, у которого пластины имеют большую площадь, заряжается большим количеством электричества и в связи с этим обладает большей емкостью, чем такой же конденсатор с тем же диэлектриком, но с пластинами малого размера.
Емкость конденсатора зависит от расстояния между его пластинами
(от толщины диэлектрика). Конденсатор, у которого пластины находятся на большом расстоянии друг от друга, обладает меньшей емкостью, чем такой же конденсатор, пластины которого сближены. Это объясняется тем, что при малом расстоянии между пластинами взаимодействие их разноименных зарядов сильнее, а потому конденсатор накапливает большее количество электричества.
Емкость конденсатора зависит от свойств материала диэлектрика – от его диэлектрической проницаемости
. Например, при равных размерах пластин и равном расстоянии между ними конденсатор, у которого диэлектриком является слюда, имеет примерно в шесть раз большую емкость, чем конденсатор с воздушным диэлектриком. При тех же условиях бумажный конденсатор имеет в 2,2 раза большую емкость, чем воздушный, но меньшую, чем слюдяной.
Для вычисления емкости плоского конденсатора, имеющего две пластины, служит формула
Емкость проводников, удаленных от других предметов (уединенных проводников), зависит от размеров и формы самих проводников. Чем больше размеры проводника, тем больше его емкость.
Но в практике нам не приходится иметь дело с уединенными проводниками. Поэтому важно знать, как влияют на емкость расположенные вблизи данного проводника предметы и в частности другие проводники.
Представим себе два металлических шара одинаковых размеров, заряженных одинаковыми количествами электричества разного знака и удаленных один от другого на значительное расстояние (рис.1.). Заряды на обоих шарах будут расположены равномерно по их поверхностям вследствие того, что одноименные заряды на каждом из шаров отталкиваются друг от друга. Потенциал каждого из шаров будет определяться его размерами и тем количеством электричества, которое ему сообщено. Потенциал одного шара будет положителен, другого – отрицателен, так что между шарами будет существовать некоторая разность потенциалов.
Рисунок 1. Заряженные металлические шары находятся на большом удалении один от другого. Емкость шаров зависит только от их размеров.
Приблизим шары друг к другу (рис. 2.). Разноименные заряды шаров станут притягиваться. Вследствие этого они окажутся распределенными уже не равномерно по поверхностям шаров, а частично переместятся на те их стороны, которыми они обращены друг к другу. Большинство силовых линий выходящих из положительных зарядов первого шара, будет оканчиваться на отрицательных зарядах второго шара. При этом потенциал каждого шара будет определяться не только зарядом, находящимся на нем, но и зарядом соседнего шара. Так как заряды обоих шаров разноименные, то потенциал положительно заряженного шара будет понижен вследствие влияния второго шара, заряженного отрицательно и создающего в окружающем пространстве отрицательный потенциал. Наоборот, потенциал второго шара будет повышен вследствие влияния первого шара, создающего в окружающем пространстве положительный потенциал.
Рисунок 2. Металлические шары сближены.
Таким образом, по сравнению с тем, что было до сближения шаров, потенциал положительно заряженного шара понизится, а отрицательно заряженного шара повысится, и разность потенциалов между шарами уменьшится. Следовательно, при сближении заряженных проводников, если заряд их остался неизменным, разность потенциалов понижается. Но при той же разности потенциалов проводники могут «вместить» большие количества электричества так как C=Q/U
. Значит, при сближении проводников их емкость увеличивается.
Емкость проводников зависит не только от расстояния между ними и от их размеров и формы, но и от свойств окружающей среды. Приборы, в которых емкость между проводниками используется для накопления электрических зарядов, называются – конденсаторы
. Простейший конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделенных слоем воздуха (рис. 3 слева). Емкость такого конденсатора будет тем больше, чем больше поверхность пластин и чем меньше расстояние между ними.
Рисунок 3. Простейший конденсатор с воздушным (слева) и твердым (справа) диэлектриком.
Часто для увеличения емкости конденсатора между его пластинами помещают какой-либо диэлектрик (рис.3 справа). Увеличение емкости в этом случае объясняется тем, что при заряде конденсатора на поверхностях диэлектрика, расположенных против пластин, появляются электрические заряды, знак которых противоположен знаку зарядов пластин (рис.4.). Эти заряды диэлектрика, взаимодействуя с зарядами конденсатора, уменьшают разность потенциалов между ними при неизменной величине зарядов на обкладках, т. е. увеличивают емкость конденсатора.
Рисунок 4. Увеличение емкости конденсатора в результате поляризации диэлектрика.
Вносимые различными диэлектриками изменения емкости конденсаторов связаны с их диэлектрическими постоянными. Чем больше диэлектрическая постоянная данного диэлектрика, тем более он увеличивает емкость конденсатора.
Емкость плоского конденсатора
, состоящего из двух пластин, при условии, что расстояние между пластинами мало по сравнению с размерами пластин, определяется согласно следущему выражению:
C = 0,09*S*e/d
С-емкость конденсатора в пикофарадах (пф);
S-активная площадь одной пластины в см 2 ;
е-диэлектрическая постоянная диэлектрика, разделяющего пластины;
d-расстояние между пластинами или, что то же самое, толщина диэлектрика в см.