Чему равна энергия конденсатора емкостью с: Чему равна энергия конденсатора емкостью 0,2 мкФ,если разность потенциалов между его обкладками 200В?

Содержание

30 индивидуальных вариантов ( карточек ) на тему Конденсатор (Физика, 8 класс)

Вариант №1

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 169 В.

Задача №2

Рассчитайте энергию плоского конденсатора емкостью 17 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 190 В?

Вариант №2

Задача №1

Найдите величину заряда плоского конденсатора емкостью 15 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 205 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 13 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 260 В?

Вариант №3

Задача №1

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 13 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 151 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 310 В?

Вариант №4

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 16 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 192 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 280 В?

Вариант №5

Задача №1

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 15 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 170 В?

Задача №2

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 8 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 211 В.

Вариант №6

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 16 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 260 В?

Задача №2

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 5 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 198 В.

Вариант №7

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 14 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 150 В?

Задача №2

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 16 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 62 В.

Вариант №8

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 8 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 124 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 20 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 180 В?

Вариант №9

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 350 В?

Задача №2

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 9 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 282 В.

Вариант №10

Задача №1

Найдите заряд плоского конденсатора емкостью 17 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 209 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 19 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 170 В?

Вариант №11

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 2 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 211 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 11 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 200 В?

Вариант №12

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 15 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 37 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 15 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 240 В?

Вариант №13

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 16 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 118 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 21 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 290 В?

Вариант №14

Задача №1

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 14 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 120 В?

Задача №2

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 3 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 65 В.

Вариант №15

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 11 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 261 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 17 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 310 В?

Вариант №16

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 9 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 156 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 18 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 280 В?

Вариант №17

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 5 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 232 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 12 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 270 В?

Вариант №18

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 250 В?

Задача №2

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 4 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 142 В.

Вариант №19

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 18 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 103 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 10 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 140 В?

Вариант №20

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 14 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 15 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 18 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 280 В?

Вариант №21

Задача №1

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 21 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 180 В?

Задача №2

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 20 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 253 В.

Вариант №22

Задача №1

Найдите заряд плоского конденсатора емкостью 2 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 207 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 11 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 280 В?

Вариант №23

Задача №1

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 11 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 96 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 6 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 140 В?

Вариант №24

Задача №1

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 8 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 180 В?

Задача №2

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 18 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 167 В.

Вариант №25

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 17 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 330 В?

Задача №2

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 17 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 255 В.

Вариант №26

Задача №1

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 19 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 136 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 4 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 250 В?

Вариант №27

Задача №1

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 11 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 230 В?

Задача №2

Определите заряд плоского конденсатора емкостью 12 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 35 В.

Вариант №28

Задача №1

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 19 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 130 В?

Задача №2

Вычислите заряд плоского конденсатора емкостью 6 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 261 В.

Вариант №29

Задача №1

Рассчитайте заряд плоского конденсатора емкостью 4 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 183 В.

Задача №2

Чему равна энергия плоского конденсатора емкостью 9 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 380 В?

Вариант №30

Задача №1

Найдите заряд плоского конденсатора емкостью 21 мкФ, если напряжение между его обкладками равно 236 В.

Задача №2

Какова энергия плоского конденсатора емкостью 16 мкФ, подключенного к источнику напряжения в 210 В?

Ответы:

Вариант №1: №1 (В мкКл) q=1690; №2 (В мкДж) W=306850;

Вариант №2: 1 (В мкКл) q=3075; №2 (В мкДж) W=439400;

Вариант №3: №1 (В мкКл) q=1963; №2 (В мкДж) W=480500;

Вариант №4: №1 (В мкКл) q=3072; №2 (В мкДж) W=392000;

Вариант №5: №1 (В мкДж) W=216750; №2 (В мкКл) q=1688;

Вариант №6: №1 (В мкДж) W=540800; №2 (В мкКл) q=990;

Вариант №7: №1 (В мкДж) W=157500; №2 (В мкКл) q=992;

Вариант №8: №1 (В мкКл) q=992; №2 (В мкДж) W=324000;

Вариант №9: №1 (В мкДж) W=612500; №2 (В мкКл) q=2538;

Вариант №10: №1 (В мкКл) q=3553; №2 (В мкДж) W=274550;

Вариант №11: №1 (В мкКл) q=422; №2 (В мкДж) W=220000;

Вариант №12: №1 (В мкКл) q=555; №2 (В мкДж) W=432000;

Вариант №13: №1 (В мкКл) q=1888; №2 (В мкДж) W=883050;

Вариант №14: №1 (В мкДж) W=100800; №2 (В мкКл) q=195;

Вариант №15: №1 (В мкКл) q=2871; №2 (В мкДж) W=816850;

Вариант №16: №1 (В мкКл) q=1404; №2 (В мкДж) W=705600;

Вариант №17: №1 (В мкКл) q=1160; №2 (В мкДж) W=437400;

Вариант №18: №1 (В мкДж) W=312500; №2 (В мкКл) q=568;

Вариант №19: №1 (В мкКл) q=1854; №2 (В мкДж) W=98000;

Вариант №20: №1 (В мкКл) q=210; №2 (В мкДж) W=705600;

Вариант №21: №1 (В мкДж) W=340200; №2 (В мкКл) q=5060;

Вариант №22: №1 (В мкКл) q=414; №2 (В мкДж) W=431200;

Вариант №23: №1 (В мкКл) q=1056; №2 (В мкДж) W=58800;

Вариант №24: №1 (В мкДж) W=129600; №2 (В мкКл) q=3006;

Вариант №25: №1 (В мкДж) W=925650; №2 (В мкКл) q=4335;

Вариант №26: №1 (В мкКл) q=2584; №2 (В мкДж) W=125000;

Вариант №27: №1 (В мкДж) W=290950; №2 (В мкКл) q=420;

Вариант №28: №1 (В мкДж) W=160550; №2 (В мкКл) q=1566;

Вариант №29: №1 (В мкКл) q=732; №2 (В мкДж) W=649800;

Вариант №30: №1 (В мкКл) q=4956; №2 (В мкДж) W=352800;

Энергия поля конденсатора — Основы электроники

Вся энергия заряженного конденсатора сосредотачивается в электрическом поле между его пластинами. Энергию, накоп­ленную в конденсаторе, можно определить следующим обра­зом. Представим себе, что мы заряжаем конденсатор не сра­зу, а постепенно, перенося электрические заряды с одной его пластины на другую.

При перенесении первого заряда работа, произведенная нами, будет небольшой. На перенесение второго заряда мы затратим больше энергии, так как в результате перенесения первого заряда между пластинами конденсатора будет уже существовать разность потенциалов, которую нам придется преодолевать, третий, четвертый и вообще каждый последую­щий заряд будет переносить все труднее и труднее, т. е. на перенесение их придется затрачивать все больше и больше энергии. Пусть мы перенесем таким образом некоторое коли­чество электричества, которое мы обозначим буквой Q.

Вся энергия, затраченная нами при заряде конденсатора, сосредоточится в электрическом поле между его пластинами. Напряжение между пластинами конденсатора в конце заряда мы обозначим буквой U.

Как мы уже заметили, разность потенциалов в процессе за­ряда не остается постоянной, а постепенно увеличивается от нуля — в начале заряда — до своего конечного значения U.

Для упрощения вычисления энергии допустим, что мы пе­ренесли весь электрический заряд Q с одной пластины кон­денсатора на другую не маленькими порциями, а сразу. Но при этом мы должны считать, что напряжение между пласти­нами конденсатора было не ноль, как в начале заряда, и не U, как в конце заряда, а равнялось среднему значению между нулем и U, т. е. половине U. Таким образом, энергия, запа­сенная в электрическом поле конденсатора, будет равна поло­вине напряжения U, умноженной на общее количество пере­несенного электричества Q.

Полученный результат мы можем записать в виде сле­дующей математической формулы:

W = UQ/2                                                                  (1)

Если напряжение в этой формуле будет выражено в воль­тах, а количество электричества — в кулонах, то энергия W получится в джоулях. Если мы вспомним, что заряд, накоп­ленный на конденсаторе, равен Q = CU, то формулу (1) можно будет записать окончательно в следующем виде:

W = CU2/2                                                                  (2)

Выражение (2) говорит нам о том, что энергия, со­средоточенная в поле конденсатора, равна по­ловине произведения емкости конденсатора на квадрат напряжения между его пласти­нами.

Этот вывод имеет очень важное значение при изучении раздела радиотехники о колебательных контурах.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Накопление электрической энергии

Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.

В заряженном конденсаторе накоплена (аккумулирована) электрическая энергия. Эта энергия конденсатора равна работе, необходимой для зарядки конденсатора.
Процесс зарядки конденсатора состоит, по сути, в том, что заряд с одной пластины переносится на другую. Именно это совершает источник напряжения, когда его подключают к конденсатору. Сначала, когда конденсатор не заряжен, для переноса первой порции заряда не требуется работы.
Но когда на каждой из пластин уже имеется заряд, для пополнения его приходится совершать работу против сил электрического отталкивания. Чем больше накопленный пластинами заряд, тем большую работу, необходимо совершить для его увеличения. Если на пластинах существует разность потенциалов V, работа по переносу элемента заряда dq равна dW = Vdq. Поскольку V= q/C , где С — емкость конденсатора, тогда работа по его заряду составит:

Итак, мы можем сказать, что энергия, запасенная, или аккумулированная, конденсатором, равна

если заряды обкладок конденсатора емкостью С равны соответственно +Q и -Q. А так как Q = СV, где V — разность потенциалов между обкладками, мы можем написать

Пример 25.5. Конденсатор емкостью 20 мкФ подключен к батарее напряжением 12 В. Какую энергию может запасти конденсатор?

Решение. Согласно (25.5),

Энергия не является «вещественной субстанцией», поэтому она вовсе не должна быть где-то сосредоточена. Тем не менее принято считать, что она запасена электрическим полем между пластинами.
Для примера выразим энергию плоского конденсатора через напряженность электрического поля. Мы показали [см. (24.3)], что между параллельными пластинами существует приблизительно однородное электрическое поле Е и его напряженность связана с разностью потенциалов соотношением V = Ed, где d — расстояние между пластинами.
Кроме того, согласно (25.2), емкость плоского конденсатора равна С = s0 A/d. Тогда

Произведение Ad характеризует объем, занимаемый электрическим полем Е. Разделив обе части формулы на объем, получим выражение для энергии, запасенной в единице объема, или плотности энергии u:

Плотность электростатической энергии, запасенной в любой части пространства, пропорциональна квадрату напряженности электрического поля в этой области.

Выражение (25.6) получено для частного случая плоского конденсатора. Можно показать, однако, что оно справедливо для любой области пространства, в которой существует электрическое поле.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Диэлектрики.
В конденсаторах между пластинами проложен изолирующий материал (диэлектрик), например слюда или пластмассовая пленка. Этим достигается сразу несколько целей. Во-первых, диэлектрики лучше противостоят электрическому пробою, чем воздух, и к конденсатору можно приложить более высокое напряжение. Во-вторых, при наличии диэлектрика пластины можно расположить ближе друг к другу без опасения, что они могут соприкасаться. В третьих, ёмкость конденсатора увеличится в несколько раз благодаря электрической поляризации диэлектрика.

Альтернативные статьи: Переменный ток, Закон Ома.


Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Задача 1 Определить энергию конденсатора емкостью С

Задача № 1 Определить энергию конденсатора емкостью С =200 мкф, включенного в цепь, схема которой изображена на рисунке. ЭДС источника 5 В, его внутреннее сопротивление 0, 5 Ом. Сопротивление резистора R 1 = 2 Ом, R 2 =2, 5 Ом. С R 2 R 1

Решение задачи № 1: В стационарном режиме через конденсатор ток не идет. Поэтому электрическую цепь можно представить проще: Ток в этой цепи определяется I = E/ R 1 +R 2 + r. Напряжение на участке ав – напряжение на резисторе R 2 , а значит и на конденсаторе: U = IR 2. =R 2 E/ R 1 +R 2 + r. W= СU 2/2 W= С(R 2) 2 E 2/2(R 1 +R 2 +r )2= 6, 25/10000 Дж Ответ: а Е R 2 R 1 в W =6, 25/10000 Дж

Задача № 2 Попробуйте решить самостоятельно. Конденсаторы С 1 и С 2 и резисторы, сопротивления которых равны R 1, R 2, R 3 включены в электрическую цепь, как показано на рисунке. Найдите установившийся заряд на конденсаторе С, если ЕДС источника Е, а его внутреннее сопротивление равно нулю. C 1 R 3 R 2 R 1 C 2 E

Решение задачи № 2 Ток в стационарном режиме идет по цветной ветке. I =E/ R 1+R 2+R 3 = 1 A Напряжение на конденсаторе С 2 равно напряжению на резисторах R 2 и R 3 q 2=C 2 U 23 = C 2 I R 23 = 2 мкф 1 А 10 ом = 20 мк. Кл Ответ: q 2 = 20 мк. Кл С 1 R 3 R 2 R 1 С 2 Е Е

Следующий тип задач позволяет определить разность потенциалов в электрической цепи содержащей конденсаторы. Задача № 3 Найти разность потенциалов между точками А и В в цепи. Внутренним сопротивлением источника можно пренебречь. ЭДС источника равна Е=10 В, R 1 = 2 ом, R 2 = 3 ом. Емкость конденсаторов С 1 = 0, 5 мкф, С 1 С 2 = 2 мкф А + + R 1 R 2 В — + E

Решение задачи № 3: Ток в стационарном режиме идет от источника через сопротивление R 1 и R 2 I = E/R 1 +R 2 = 10 B/5 ом = 2 А. Ur 1 = I R 1 = 4 В По верхней ветке, через конденсаторы ток не идет. Правые пластины конденсатора заряжены положительно, левые отрицательно от источника тока. Если идти от точки А против часовой стрелки до точки В потенциал изменяется: при переходе через конденсатор С 1 потенциал (энергия) уменьшается от + к -, при переходе по резистору R 1 к точке В потенциал возрастает: Yа – Uc 1 + Ur 1 = Yв : Yа –Yв = Uc 1 — Ur 1 По законам последовательного соединения конденсаторов: q 1 = q 2 , следовательно: С 1 U 1 = C 2 U 2, Откуда: U 1 С 1/ C 2 = U 2 Е = U 1 +U 2 = U 1 + U 1 С 1/ C 2 = U 1 ( 1 + С 1/ C 2 ). Uc 1 = Е/ ( 1 + С 1/ C 2 ) = 10 В /( 1+ 0, 5 мкф/2 мкф) = 8 В Yа –Yв = Uc 1 — Ur 1 = 8 В – 4 В = 4 В Ответ: Yа –Yв = 4 В

Задача № 4. Определить заряд конденсатора С в схеме, представленной на рисунке. Внутренним сопротивлением батареи пренебречь. E Решение задачи: — + 3 C 2 C + Обозначим заряды конденсаторов С, 2 С и 3 С через q 1, q 2 и q 3 соответственно. 2 R + C + R Предположим, что у конденсатора С положительный заряд находится на нижней пластине. Тогда из закона сохранения заряда –q 2 – q 1 + q 3 = 0 ( в выделенном квадрате пластины конденсаторов не соединены с источником, значит заряд этих пластин до зарядки конденсаторов и после зарядки остается равны нулю 1) q 2 + q 1 = q 3 В стационарном режиме ток идет только через источник тока R и 2 R. Через конденсаторы ток не идет. R и 2 R соединены последовательно, поэтому ток в цепи: I = E/3 R

Продолжение решения задачи № 4 Выберем обход в правом контуре по часовой стрелке, тогда по 2 –му правилу Кирхгоффа: 2) – Uc+ U 2 c = IR = E/3; q 2/2 c — q 1/c = E/3; q 2/2 C — q 1/C = E/3; — 2 q 1 + q 2 =2 CE/3 q 2 = 2 q 1 +2 CE/3 ( конденсатор — накопитель энергии, здесь в роли источника тока) Аналогично в левом контуре: 3 C 3) U 3 c + Uc = I 2 R = 2 E/3 q 3/3 c + q 1/c = 2 E/3 2 C + С учетом первого уравнения: 2 R + C + R (q 2 + q 1 = q 3) 3) q 1 /3 c + q 2/3 c + q 1/c = 2 E/3; q 2 + q 1 +3 q 1 = 2 CE 4 q 1 + 2 CE/3 = 2 CE 6 q 1 =2 CE – 2 CE/3 = 6 CE/3 -2 CE/3 = 4 CE/3 q 1 = 4 CE/18 = 2 CE/9 Ответ: Заряд на конденсаторе С: q 1 = 2 CE/9 Примечание: Следует обратить внимание на то, что q 1 положительный. Это означает, что предположение о знаке заряда на обкладках конденсатора С было правильным (от этого предположения зависит расстановка знаков в первом уравнении). Понятно, что если бы было сделано другое предположение, ответ имел бы другой знак.

Энергия конденсатора емкостью 0,4 пФ, которому сообщен заряд 4 нКл, равна:; ; — FINDOUT.SU

Энергия магнитного поля соленоида индуктивностью 0,5 мГн равна 16 мДж. По соленоиду течет ток силой:8 А; 0,008 кА; 8 000 мА

Энергия магнитного поля:; ;

Энергия электрона в атоме: ; ;

Энергия электрона в атоме: ; ;

Эффект Комптона:.Упругое рассеяние рентгеновского излучения на свободных электронах вещества с увеличением длин волны..Упругое рассеяние на слабосвязанных электронах вещества,иувеличение длины волны фотона..Упругое рассеяние коротко волнового электромагнитного излучения на свободных или на слабосвязанных электрона вещества приводящееся уменьшением гастоты падающего фотона.

Эффект Комптона: Упругое рассеяние рентгеновского излучения на свободных электронах вещества с увеличением длин волны; Упругое рассеяние на слабосвязанных электронах вещества,и увеличение длины волны фотона; Упругое рассеяние коротко волнового электромагнитного излучения на свободных или на слабосвязанных электрона вещества приводящееся уменьшением частоты падающего фотона.

Явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом: взаимоиндукция; в основе работы трансформатора;

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром: электромагнитная индукция; подчиняется закону Фарадея; не зависит от способа изменения магнитного потока

Явление полного внутреннего отражения: Наблюдается при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду; Наблюдается, если угол падения света больше предельного угла полного внутреннего преломления; Лежит в основе оптоволоконной связи

Явление полного отражения:.Если свет распространяется из среды с болшим показателем преломления n 1,в среду с меньшим показателем преломления n 2;При углах падения , весь падающий свет полностью отражается.; Если свет распространяется из оптической более плотной среды в оптической менее плотную среду.

Явление электромагнитной индукции:При изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции; Возникающая в контуре ЭДС равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус; Возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур

Гамма излучение и его свойства:-излучения, коротковолновые электромагнитные волны испускаемые дочерним ядром; При — излучения А и Z ядро не изменяются и не описываются правилами смещения; — излучение имеет спектр линейчатый

 

 

 

МУ-Э-60, страница 3 » СтудИзба

Вычислить среднее <k>. Результаты записать в табл. 2.Задание 4. Изучить зависимость энергии конденсатора от напряжения.Порядок выполнения задания.111. Задание выполняют с блоком № 4. Последовательность действий такая же, как взадании 3. Напряжение на конденсаторе уменьшать от 30 В до 8 В с шагом 3…4 В. Результаты измерения U и n записать в табл. 3.Таблица 3Энергия конденсатораU, ВU2, В2n, делW, ДжПримечание. Таблица должна содержать примерно 7 строк.2. По результатам измерений: а) вычислить U2; б) вычислить W по формуле W =<k> n.

Результаты записать в табл. 3.3. Построить на миллиметровой бумаге графическую зависимость W от U2. Черезотчетливо нанесенные экспериментальные точки и начало координат провести наилучшую «на глаз» прямую.4. Полученные результаты сравнить с (14). Сделать выводы.Задание 5. Измерить КПД емкостного накопителя энергии.Конденсатор часто используют в качестве накопителя электрической энергии, например, в фотографической лампе – вспышке. В ней сначала заряжают конденсатор в течение нескольких секунд от источника тока малой мощности, а затем накопленная энергия выделяется за сотую долю секунды в газоразрядной лампе, которая дает кратковременное, мощное световое излучение.При зарядке конденсатора ток проходит по цепи, имеющей сопротивление.

В результатев проводах и в резисторе (если он имеется) выделяется теплота Джоуля-Ленца Q. ТеплотаQ — это потери энергии в работе накопителя. КПД процесса зарядки конденсатора равенη = W / (W +Q),(21)где W – энергия конденсатора.Вывод теоретической формулы для КПД. Пусть в конденсаторе емкости C накоплен заряд q при напряжении U. При этом энергия конденсатора W = qU /2 (см. (14)).

Энергия конденсатора и теплота получены за счет работы сторонних сил источника, равнойпроизведению заряда на ЭДС E источникаAстор= qE = W + Q.Тогда КПДη = W / Aстор = (qU/2) / (qE) = U / (2E).(22)Как видно из вывода, КПД не зависит от сопротивления цепи (от него зависят силазарядного тока и время зарядки). Наибольший КПД, равный η = 0,5, будет в случае полной зарядки конденсатора, до ЭДС источника: U = E.Таким образом, в емкостном накопителе энергии половина (или больше) работыисточника тока бесполезно теряется на теплоту.Порядок выполнения задания.1. Для нахождения КПД измеряют калориметром энергию конденсатора W и теплоту Q в цепи зарядки. Опыт выполняют с блоком №4 принапряжении источника примерно 25 В.2.

Измерить энергию конденсатора W, как это выполнялось в задании 4. Результатыизмерения U и n записать в табл. 4. Вычислить W по формуле W = <k> n.12Таблица 4КПД емкостного накопителя энергииU, Вn, делW, Джn1, делQ, ДжКПД η3. До сих пор мы измеряли энергию конденсатора, разряжая его через нагревателькалориметра. Теперь поступим иначе – будем заряжать конденсатор, пропуская зарядныйток через нагреватель калориметра. В этом случае будет измерена теплота Q, выделившаяся в зарядной цепи.4. Подключить калориметр к разъему «ВЫХОДЫ НА КАЛОРИМЕТР 1».5. Разрядить конденсатор, установив переключатель в положение 1.6.

Повернуть переключатель в положение 2, при этом пойдет зарядный ток черезнагреватель калориметра и стрелка отклониться на n1 делений. Результат измерения n1 записать в табл. 4.7. Вычислить Q = <k> n1.8. Вычислить КПД по формуле (21). Результат записать в табл. 4.9. Сравнить полученный результат с теоретическим значением (22).

Сделать выводы.Задание 6. Изучить изменение электрической энергии заряженных и отключенныхот источника тока конденсаторов при изменении емкости системы.Теория. Рассмотрим случай, когда конденсатор емкости C1 имеет заряд q и отключен от источника тока. Энергия конденсатора W1 = q2 / (2C1) (см. (14). Будем изменять емкость конденсатора в заряженном состоянии. При этом заряд будет оставаться неизменным. При другой емкости, C2, энергия конденсатора W2 = q2 / (2C2). Отношение энергийW2 / W1 = C1 / C2.(23)Из (23) видно, что при уменьшении емкости энергия конденсатора возрастает, апри увеличении емкости – энергия уменьшается.Рассмотрите механизм изменения электрической энергии (рис.

9). В случае плоского воздушного конденсатора, расстояние между пластинами которого будем изменять(рис. 9, а), объяснитьC1C2баРис. 9- за счет какой энергии возрастает энергия конденсатора при уменьшении емкости,т.е. при увеличении расстояния между обкладками?13- в какой вид энергии переходит электрическая энергия при возрастании емкостиконденсатора, т.е. при сближении обкладок?Обсудим другой вариант изменения емкости, который выполняют в данной работе(рис. 9, б): к заряженному конденсатору емкости C1 подключают незаряженный конденсатор емкости C2. В этом случае часть заряда перейдет на второй конденсатор.

При этомсуммарный заряд q сохранится и будет находиться в двух конденсаторах суммарной емкости C = C1 + C2 . Полная энергия двух конденсаторов W2 = q2 / (2 (C1 + C2)). И в этом случае, как и в (23), отношение энергий обратно отношению емкостейW2 / W1 = C1 / (C1+C2).(24)Из (24) видно, что электрическая энергия системы уменьшилась.

Объяснить, в какую форму энергии и как перешла энергия электрического поля при соединении конденсаторов?Порядок выполнения задания. Задание выполняют с блоком № 5.1. Ознакомиться с электрической схемой (рис. 10). Схема содержит: два конденсатора одинаковой емкости C1 = C2 = 22 мкФ; гнезда «U» для подключения источника питаRU=25 … 30 ВSA1 12SA3C2SA2C13Рис. 10. Схема блока №5: оба конденсатора имеют емкость 22 мкФния; разъем «ВЫХОД НА КАЛОРИМЕТР» для подключения схемы к нагревателю калориметра; тумблер SA1 на три положения; тумблер SA2 на два положения и кнопочныйвыключатель SA3, который замкнут в утопленном положении.2.

Опыт будет выполняться в следующей последовательности. Сначала заряжаютконденсатор C1 и измеряют его энергию. Затем его снова заряжают, подключают к немунезаряженный другой конденсатор и измеряют суммарную энергию двух конденсаторов.3. Тумблер SA2 отключить. Установить переключатель SA1 в положение 1 для зарядки конденсатора C1. Подать на схему напряжение около 25 В и зарядить конденсатор.4.

Установить переключатель SA1 в положение 3, при этом конденсатор C1 разрядится через калориметр, а стрелка показывающего прибора отклонится на n1 делений. Результат измерения n1 записать в табл. 5.Таблица 5n1, делn2, делW2/W1= n2 / n15. Снова зарядить конденсатор C1, установив переключатель SA1 в положение 1.Отключить его от источника питания, переведя переключатель SA1 в положение 2. Нажатьна секунду кнопку SA3 и разрядить конденсатор C2, который может оказаться в заряжен-14ном состоянии. Включить тумблер SA2 и присоединить незаряженный конденсатор к заряженному.6. Переключить SA1 перевести в положение 3 и измерить суммарную энергию двухконденсаторов.

Отклонение стрелки прибора (n2) записать в табл. 5.7. Вычислить отношение W2 / W1, равное отношению n2 / n1. Результаты записать втабл. 5.8. Сравнить полученный результат с расчетом по формуле (24). Сделать выводы.Задание 7. Измерить емкость конденсатора.Известно много методов измерения емкости.

Ясно, что емкость можно измерить спомощью калориметра.Опыт выполняют с блоком № 6, который содержит конденсатор неизвестной емкости, переключатель «ЗАРЯДКА-РАЗРЯДКА», гнезда “U”для напряжения (примерно 30В) и разъем для калориметра. Результаты измерения записать в табл. 6.Таблица 6Измерение емкости конденсатораU, Вn, делW, ДжC, ФВНИМАНИЕ! Выключить сетевое питание всей установки.1.2.3.4.5.6.7.8.Контрольные вопросыЧто такое электрическое поле и его напряженность?Каким свойством обладает потенциальное электрическое поле?Что такое потенциал и напряжение?Чему равна энергия системы точечных зарядов?Что такое конденсатор и его емкость?Чему равна энергия заряженного конденсатора?Написать выражение для объемной плотности энергии электрического поля.Каково устройство калориметра? Объяснить методику измерения энергии конденсатора.Список рекомендуемой литературы1.

Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие. –М.: Наука. 1985.-576с.2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.- М.: Наука. 1978.-480 с.3. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма: Учеб. Пособие для вузов. –М.:Высш. Шк., 1983.-279 с.4. Фетисов И.Н. Измерение энергии стационарных электрического и магнитного полейс помощью калориметра.

Шестая международная конференция ”Физика в системесовременного образования” (ФССО-01): Тез. доклада, том 2. Ярославль: Изд-во ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2001.15.

Задачи по теме «Энергия заряженного конденсатора» | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Задачи по электродинамике

  1. Определить энергию конденсатора, электроемкость которого 200 мкФ, если разность потенциалов на его обкладках составляет 1000 В.
  2. Заряд конденсатора 4,8 • 10-3Кл, разность потенциалов на об­кладках 600 В. Какова энергия конденсатора?
  3. Определить энергию плоского конденсатора с площадью каждой обкладки 400 см2. Толщина диэлектрика между пластинами 1,5 мм, заряд на обкладке 2 • 10-9 Кл (ε = 6).
  4. Энергия заряженного конденсатора емкостью 400 мкФ равна 200 Дж. Определить разность потенциалов между его обкладками.
  5. Определить емкость конденсатора, если при разности потенциалов на его обкладках 1000 В его энергия равна 100 Дж.
  6. Конденсатор с площадью пластин по 200 см2 и расстоянием между ними 3 см заряжается до разности потенциалов 2 • 103 В, после чего отсоединяется от источника. Потом пластины раздвигаются до расстояния 7 см. Определить выполненную работу.

Ответы:

1. 100 Дж.

2. 1,44 Дж. Материал с сайта http://worldofschool.ru

3. 14 • 10-10 Дж.

4. 103 В.

5. 2 • 10-4 Ф.

6. 0,68 • 10-5 Дж.

На этой странице материал по темам:
  • Энергия заряженности конденсатора электроемкостью 400

  • Энергия заряженного конденсатора электроемкостью 400 мкф равна 200 дж

  • Задачи на энергию заряженного конденсатора

  • Задачи по электродинамике с решениями

  • Энергия заряженного конденсатора электроемкостью 400 мкф

энергии в конденсаторах | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Перечислите некоторые варианты использования конденсаторов.
  • Выразите в уравнении энергию, запасенную в конденсаторе.
  • Объясните функцию дефибриллятора.

Большинство из нас видели инсценировки, в которых медицинский персонал использовал дефибриллятор , чтобы пропустить электрический ток через сердце пациента, чтобы заставить его нормально биться.(Просмотрите рис. 1.) Часто реалистичный в деталях, человек, применяющий электрошок, просит другого человека «сделать на этот раз 400 джоулей». Энергия, передаваемая дефибриллятором, накапливается в конденсаторе и может регулироваться в зависимости от ситуации. Часто используются единицы СИ — джоули. Менее драматично использование конденсаторов в микроэлектронике, например в некоторых портативных калькуляторах, для подачи энергии при зарядке аккумуляторов. (См. Рис. 1.) Конденсаторы также используются для питания ламп-вспышек на камерах.

Рис. 1. Энергия, накопленная в большом конденсаторе, используется для сохранения памяти электронного калькулятора, когда его батареи заряжены. (Источник: Kucharek, Wikimedia Commons)

Энергия, запасенная в конденсаторе, является электрической потенциальной энергией, и, таким образом, она связана с зарядом Q и напряжением В, на конденсаторе. Мы должны быть осторожны при применении уравнения для электрической потенциальной энергии ΔPE = q Δ V к конденсатору. Помните, что ΔPE — это потенциальная энергия заряда q , проходящего через напряжение Δ В .Но конденсатор начинает с нулевого напряжения и постепенно достигает своего полного напряжения по мере зарядки. Первый заряд, помещенный на конденсатор, испытывает изменение напряжения Δ В, = 0, поскольку конденсатор имеет нулевое напряжение в незаряженном состоянии. Последний заряд, помещенный на конденсатор, испытывает Δ В, = В, , поскольку теперь на конденсаторе имеется полное напряжение В, . Среднее напряжение на конденсаторе во время процесса зарядки составляет [латекс] \ frac {V} {2} \\ [/ latex], поэтому среднее напряжение, испытываемое при полной зарядке q , равно [latex] \ frac {V} {2} \\ [/ латекс]. 2} {2C} \\ [/ латекс],

, где Q, — заряд, а В, — напряжение на конденсаторе С, .2} {2C} \\ [/ latex],

, где Q, — заряд, В, — напряжение, а C, — емкость конденсатора. Энергия выражается в джоулях для заряда в кулонах, напряжения в вольтах и ​​емкости в фарадах.

В дефибрилляторе доставка большого заряда коротким импульсом к набору лопастей на груди человека может быть спасением. Инфаркт у человека мог возникнуть в результате быстрого, нерегулярного сердцебиения — фибрилляции сердца или желудочков.Применение сильного разряда электрической энергии может прекратить аритмию и позволить кардиостимулятору тела вернуться к нормальному режиму. Сегодня в машинах скорой помощи обычно есть дефибриллятор, который также использует электрокардиограмму для анализа сердечного ритма пациента. Автоматические внешние дефибрилляторы (AED) можно найти во многих общественных местах (рис. 2). Они предназначены для использования непрофессионалами. Устройство автоматически диагностирует состояние сердца пациента, а затем применяет разряд с соответствующей энергией и формой волны.Во многих случаях перед использованием АВД рекомендуется СЛР.

Рис. 2. Автоматические внешние дефибрилляторы можно найти во многих общественных местах. Эти портативные устройства предоставляют устные инструкции по использованию в первые несколько важных минут для человека, страдающего сердечным приступом. (Источник: Оуайн Дэвис, Wikimedia Commons)

Пример 1. Емкость дефибриллятора сердца

Дефибриллятор сердца вырабатывает 4,00 × 10 2 Дж энергии, разряжая конденсатор первоначально на 1.{-6} \ text {F} \\\ text {} & = & 8.00 \ mu \ text {F} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это довольно большая, но управляемая емкость при 1,00 × 10 4 В.

Сводка раздела

  • Конденсаторы используются в различных устройствах, включая дефибрилляторы, микроэлектронику, такую ​​как калькуляторы, и лампы-вспышки, для подачи энергии. {2}} {2C} \\ [/ latex], где Q — заряд, В, — напряжение, а С — емкость конденсатора.Энергия выражается в джоулях, когда заряд — в кулонах, напряжение — в вольтах, а емкость — в фарадах.

Концептуальные вопросы

  1. Как изменяется энергия, содержащаяся в заряженном конденсаторе, когда вставлен диэлектрик, если конденсатор изолирован и его заряд постоянен? Означает ли это, что работа была сделана?
  2. Что происходит с энергией, накопленной в конденсаторе, подключенном к батарее, когда вставлен диэлектрик? Была ли проделана работа в процессе?

Задачи и упражнения

  1. (a) Какая энергия хранится в 10.0 мкФ конденсатор дефибриллятора сердца заряжен до
    9,00 × 10 3 В? (b) Найдите количество сохраненного заряда.
  2. При операции на открытом сердце гораздо меньшее количество энергии вызывает дефибрилляцию сердца. (а) Какое напряжение приложено к конденсатору 8,00 мкФ дефибриллятора сердца, который накапливает 40,0 Дж энергии? (b) Найдите количество сохраненного заряда.
  3. Конденсатор емкостью 165 мкФ используется вместе с двигателем. Сколько энергии в нем хранится при подаче 119 В?
  4. Предположим, у вас есть 9.Батарея 00 В, конденсатор 2,00 мкФ и конденсатор 7,40 мкФ. (а) Найдите заряд и запасенную энергию, если конденсаторы подключены к батарее последовательно. (б) Сделайте то же самое для параллельного подключения.
  5. Нервный физик опасается, что две металлические полки его книжного шкафа с деревянным каркасом могут получить высокое напряжение, если они заряжены статическим электричеством, возможно, вызванным трением. (а) Какова емкость пустых полок, если они имеют площадь 1,00 × 10 2 м 2 и равны 0.200 м друг от друга? (б) Какое напряжение между ними, если на них помещены противоположные заряды величиной 2,00 нКл? (c) Чтобы показать, что это напряжение представляет небольшую опасность, рассчитайте запасенную энергию.
  6. Покажите, что для данного диэлектрического материала максимальная энергия, которую может хранить конденсатор с параллельными пластинами, прямо пропорциональна объему диэлектрика (Объем = A · d ). Обратите внимание, что приложенное напряжение ограничено диэлектрической прочностью.
  7. Создайте свою проблему. Рассмотрим дефибриллятор сердца, аналогичный описанному в примере 1. Постройте задачу, в которой вы исследуете заряд, накопленный в конденсаторе дефибриллятора, как функцию накопленной энергии. Среди факторов, которые необходимо учитывать, — это приложенное напряжение и то, должно ли оно меняться в зависимости от подаваемой энергии, диапазон задействованных энергий и емкость дефибриллятора. Вы также можете рассмотреть гораздо меньшую энергию, необходимую для дефибрилляции во время операции на открытом сердце, как вариант решения этой проблемы.
  8. Необоснованные результаты. (a) В определенный день для запуска двигателя грузовика требуется 9,60 × 10 3 Дж электроэнергии. Вычислите емкость конденсатора, способного хранить такое количество энергии при напряжении 12,0 В. (б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Глоссарий

дефибриллятор: устройство, используемое для поражения электрическим током сердца пострадавшего от сердечного приступа, чтобы восстановить нормальный ритмический паттерн сердца

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 405 Дж; (б) 90,0 мС

2. (а) 3,16 кВ; (б) 25,3 мС

4. (а) 1.42 × 10 −5 C, 6.38 × 10 −5 Дж; (б) 8.46 × 10 −5 C, 3.81 × 10 −4 J

5. (а) 4,43 × 10 –12 F; б) 452 В; (в) 4.52 × 10 –7 Дж

8. (а) 133 F; (б) Такой конденсатор будет слишком большим для перевозки в грузовике. Размер конденсатора был бы огромным; (c) Неразумно предполагать, что конденсатор может хранить необходимое количество энергии.

энергии, накопленной в конденсаторе — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как энергия хранится в конденсаторе
  • Использование соотношений энергии для определения энергии, запасенной в конденсаторной сети

Большинство из нас видели, как медицинский персонал использует дефибриллятор, чтобы пропустить электрический ток через сердце пациента, чтобы заставить его нормально биться.Часто реалистичный в деталях, человек, применяющий электрошок, просит другого человека «сделать на этот раз 400 джоулей». Энергия, передаваемая дефибриллятором, накапливается в конденсаторе и может регулироваться в зависимости от ситуации. Часто используются единицы СИ — джоули. Менее драматично использование конденсаторов в микроэлектронике для подачи энергии при зарядке аккумуляторов ((рисунок)). Конденсаторы также используются для питания импульсных ламп на камерах.

Конденсаторы на печатной плате электронного устройства следуют соглашению о маркировке, при котором каждый из них обозначается кодом, начинающимся с буквы «C.”(Источник: Винделл Оскей)

Энергия, запасенная в конденсаторе, является электростатической потенциальной энергией и, таким образом, связана с зарядом Q и напряжением В между пластинами конденсатора. Заряженный конденсатор накапливает энергию в электрическом поле между пластинами. По мере зарядки конденсатора нарастает электрическое поле. Когда заряженный конденсатор отсоединяется от батареи, его энергия остается в поле в пространстве между пластинами.

Чтобы понять, как можно выразить эту энергию (в терминах Q и В ), рассмотрим заряженный пустой конденсатор с параллельными пластинами; то есть конденсатор без диэлектрика, но с вакуумом между пластинами.Пространство между его пластинами имеет объем Ad и заполнено однородным электростатическим полем E . Полная энергия конденсатора содержится в этом пространстве. Плотность энергии в этом пространстве просто делится на объем Ad . Если мы знаем плотность энергии, ее можно найти как. В книге «Электромагнитные волны» (после завершения изучения уравнений Максвелла) мы узнаем, что плотность энергии в области свободного пространства, занятой электрическим полем E , зависит только от величины поля и составляет

Если мы умножим плотность энергии на объем между пластинами, мы получим количество энергии, хранящейся между пластинами конденсатора с параллельными пластинами :.

В этом выводе мы использовали тот факт, что электрическое поле между пластинами однородно, так что и Поскольку, мы можем выразить этот результат в других эквивалентных формах:

Выражение на (рисунок) для энергии, запасенной в конденсаторе с параллельными пластинами, в общем, справедливо для всех типов конденсаторов. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим любой незаряженный конденсатор (не обязательно с параллельными пластинами). В какой-то момент мы подключаем его к батарее, давая ему разность потенциалов между пластинами.Изначально заряд на пластинах равен По мере того, как конденсатор заряжается, заряд постепенно накапливается на его пластинах и через некоторое время достигает значения Q . Чтобы переместить бесконечно малый заряд dq с отрицательной пластины на положительную (от более низкого к более высокому потенциалу), объем работы dW , который должен быть выполнен на dq , составляет.

Эта работа становится энергией, запасенной в электрическом поле конденсатора. Чтобы зарядить конденсатор до заряда Q , требуется общая работа

.

Поскольку геометрия конденсатора не указана, это уравнение справедливо для любого типа конденсатора.Общая работа Вт , необходимая для зарядки конденсатора, представляет собой запасенную в нем электрическую потенциальную энергию, или. Когда заряд выражается в кулонах, потенциал выражается в вольтах, а емкость выражается в фарадах, это соотношение дает энергию в джоулях.

Зная, что энергия, запасенная в конденсаторе, равна, теперь мы можем найти плотность энергии, запасенную в вакууме между пластинами заряженного конденсатора с параллельными пластинами. Нам просто нужно разделить на объем Ad пространства между его пластинами и учесть, что для конденсатора с параллельными пластинами мы имеем и.Следовательно, получаем

Мы видим, что это выражение для плотности энергии, запасенной в конденсаторе с параллельными пластинами, соответствует общему соотношению, показанному на (Рисунок). Мы могли бы повторить этот расчет либо для сферического конденсатора, либо для цилиндрического конденсатора — или для других конденсаторов — и во всех случаях мы бы получили общее соотношение, представленное (рисунок).

Проверьте свое понимание Разность потенциалов на конденсаторе 5,0 пФ составляет 0,40 В.а) Какая энергия хранится в этом конденсаторе? (b) Теперь разность потенциалов увеличена до 1,20 В. На какой коэффициент увеличена запасенная энергия?

а .; б. 9 раз

При неотложной сердечной недостаточности портативное электронное устройство, известное как автоматический внешний дефибриллятор (AED), может быть спасением. Дефибриллятор ((Рисунок)) подает большой заряд коротким импульсом или разрядом в сердце человека, чтобы исправить нарушение сердечного ритма (аритмию). Сердечный приступ может возникнуть в результате быстрого, нерегулярного сердцебиения, называемого фибрилляцией сердца или желудочков.Применение сильного разряда электрической энергии может прекратить аритмию и позволить естественному кардиостимулятору организма вернуться к своему нормальному ритму. Сегодня машины скорой помощи носят с собой AED. AED также можно найти во многих общественных местах. Они предназначены для использования непрофессионалами. Устройство автоматически диагностирует сердечный ритм пациента, а затем применяет разряд с соответствующей энергией и формой волны. Во многих случаях перед использованием дефибриллятора рекомендуется сердечно-легочная реанимация.

Автоматические внешние дефибрилляторы можно найти во многих общественных местах. Эти портативные устройства предоставляют устные инструкции по использованию в первые несколько важных минут для человека, страдающего сердечным приступом. (кредит: Оуайн Дэвис)

Емкость дефибриллятора сердца Дефибриллятор сердца доставляет энергию путем первоначального разряда конденсатора. Какова его емкость?

Стратегия Нам дается В и , и нас просят найти емкость C .Решаем (рисунок) вместо C и подставляем.

Решение Решение этого выражения для C и ввод данных значений дает

Сводка

  • Конденсаторы используются для подачи энергии к различным устройствам, включая дефибрилляторы, микроэлектронику, такую ​​как калькуляторы, и лампы-вспышки.
  • Энергия, запасенная в конденсаторе, — это работа, необходимая для зарядки конденсатора, начиная с нулевого заряда на его пластинах. Энергия накапливается в электрическом поле в пространстве между пластинами конденсатора.Это зависит от количества электрического заряда на пластинах и от разности потенциалов между пластинами.
  • Энергия, запасенная в конденсаторной сети, представляет собой сумму энергий, сохраненных на отдельных конденсаторах в сети. Его можно вычислить как энергию, запасенную в эквивалентном конденсаторе сети.

Концептуальные вопросы

Если вы хотите хранить большое количество энергии в конденсаторной батарее, подключите ли вы конденсаторы последовательно или параллельно? Объяснять.

Глоссарий

плотность энергии
энергия, запасенная в конденсаторе, деленная на объем между пластинами

Калькулятор энергии конденсатора

Это калькулятор энергии конденсатора, простой инструмент, который поможет вам оценить количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Вы также можете узнать, сколько заряда накопилось в конденсаторе. Читайте дальше, чтобы узнать, какая энергия хранится в конденсаторе и каково уравнение энергии конденсатора.

Какая энергия хранится в конденсаторе?

Конденсатор — это электронный компонент, обычно используемый в схемах. Его функция — накапливать электрический заряд . В стандартных конденсаторах с параллельными пластинами на соседних пластинах присутствуют заряды равной, но противоположной величины (для сферических конденсаторов вместо пластин используются концентрические сферы). Эти заряды создают между собой электрическое поле, состоящее из определенного количества энергии контура. Поскольку мы говорим о накопленных зарядах, это пример потенциальной энергии.

Формула энергии конденсатора

Как вы оцениваете энергию E , запасенную в конденсаторе с емкостью C и приложенным напряжением В ? Это эквивалентно работе, выполняемой батареей по перемещению заряда Q на конденсатор. Получающееся уравнение:

E = 1/2 * C * V² .

Используя общую формулу для емкости, C = Q / V , мы можем переписать уравнение энергии емкости в двух других аналогичных формах:

E = 1/2 * Q² / C или E = 1/2 * Q * V .

Электрическая энергия в конденсаторе — пример

Сколько энергии может храниться в конденсаторе емкостью Кл = 300 мкФ , когда мы подключаем его к источнику напряжения В = 20 В ? Давайте вместе разберемся!

  • Чтобы облегчить нашу жизнь, используйте научное обозначение емкости: C = 3 · 10⁻⁴ F
  • В соответствии с формулой мощности емкости результат оценивается как: E = 1/2 * 3 · 10⁻⁴F * (20 В) ² = 6 · 10⁻² Дж
  • Энергия, запасенная в конденсаторе, также может быть записана как 0.06 Дж или 60 мДж
  • Кроме того, мы можем оценить общий заряд, накопленный в конденсаторе: Q = C * V = 3 · 10⁻⁴ F * 20 V = 6 · 10⁻³ C = 6 мКл
  • … или вы можете просто сэкономить свое время, используя этот калькулятор энергии конденсатора, который автоматически выполняет все вычисления за вас!

Кстати, если у вас есть система с более чем одним конденсатором, вам лучше проверить наши конденсаторы последовательно или конденсаторы в параллельных калькуляторах, чтобы быстро найти общую емкость, потому что это значение, которое вы должны использовать в формуле для энергия конденсатора.

Преобразования энергии в LC-цепи

LC-цепь — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора. На практике это можно обобщить как цепь RLC из-за некоторого сопротивления в системе. Как только схема обрабатывает сигнал резонансной частоты, потенциальная энергия конденсатора непрерывно преобразуется в магнитную энергию, создаваемую током, протекающим через катушку. Эти виды схем широко используются при обработке сигналов или при отправке и приеме радиоволн.

Лекция 4

gc6 tb16.11
Отрицательно заряженный стержень подносят к одному концу незаряженного металлического стержня. Конец металлического стержня, наиболее удаленный от заряженного стержня, будет заряжен.
A. положительный
Б. отрицательный
С. нейтральный
D. ни один из этих
Ответ

Рыцарь2 29.CQ.10
Каковы соотношения полей и потенциалов в позициях, указанных на рисунке? Позволять В = 0 В на отрицательной пластине.


Ответ

SJ6 26,2
Проводники с зарядами + 10 мкКл и -10 мкКл имеют разность потенциалов 10 В. Какая емкость?
А. 1 пФ
Б. 10 пФ
C. 1 мкФ
D. 100 мкФ
Ответ

sj6 26.2b
Если заряды увеличиваются в десять раз, что будет с разностью потенциалов?
A. уменьшение в 100 раз
Б.уменьшение в 10 раз
C. оставайся прежним
D. увеличить в 10 раз
Ответ

ГК6 17,50
Конденсатор имеет фиксированные заряды на пластинах, поскольку расстояние между пластинами увеличивается вдвое. Что происходит с запасенной энергией в электрическом поле?
A. U 2 = 4 U 1
Б. U 2 = 2 U 1
С. U 2 = 0.5 У 1
Д. U 2 = 0,25 U 1
Ответ

сб5 26,47
Конденсатор с А = 25 см 2 и d = 1,5 см заряжается до 250 В. Какой заряд на его тарелках?
А. 151 нКл
Б. 369 пКл
С. 519 мкКл
D. 17,1 мкС
Ответ

АПБ 1998.14
Две параллельные проводящие пластины подключены к источнику постоянного напряжения.Величина электрического поля между пластинами — 2000 Н / К. Если напряжение увеличить вдвое и расстояние между пластинами уменьшится до На 1/5 первоначального расстояния величина нового электрического поля составляет
А. 800 Н / К
Б. 1600 Н / К
C. 2400 N / C
D. 5000 N / C
E. 20,000 N / C
Ответ

Б. отрицательный
Положительные заряды в металлическом стержне будут притягиваться к отрицательно заряженному стержню, оставляя противоположный конец стержня отрицательно заряжен.Можно также сказать, что электроны в металлическом стержне отталкиваются отрицательно заряженным стержнем.


Поле между пластинами конденсатора постоянно, но потенциал увеличивается линейно.

C. 1 мкФ

D. увеличение в 10 раз
Емкость остается постоянной, пока геометрия конденсатор остается постоянным. Следовательно, поскольку C = Q / V , разность потенциалов будет увеличиваться линейно. пропорционально сумме заряда.

B. U 2 = 2 U 1
Энергия, запасенная в конденсаторе, пропорциональна квадрату заряда делится на емкость, но емкость будет уменьшена вдвое, если расстояние между пластинами увеличится вдвое. Следовательно, запасенная энергия удвоится. Это потому, что для разрыва требуется работа противоположно заряженные пластины, которые притягиваются друг к другу.

Б. 369 пКл

E.20000 Н / К

Электрическое поле между пластинами равномерное и постоянное, равное Δ V / d (уравнение 20-4, см. Также уравнение 20-11). Удвоение Δ V удвоит E , а уменьшение d в 5 раз увеличит E в 5 раз. Два изменения вместе увеличивают E в 10 раз.

Калькулятор энергии конденсатора — Calculator Academy

Введите емкость (C) и напряжение (V) конденсатора, чтобы рассчитать энергию (E) и заряд (Q), накопленные в этом конденсаторе.Конденсатор — это электронный инструмент, используемый для хранения электрического заряда.

Формула энергии конденсатора

Следующее уравнение используется для расчета общего запаса энергии в конденсаторе.

E = 1/2 * C * V²

  • Где E — энергия
  • C — емкость
  • , а V — напряжение.

Этот калькулятор также определяет заряд конденсатора, который обычно рассчитывается по следующей формуле:

Q = C * V

  • Где Q — заряд
  • C — емкость
  • V — напряжение

Другой аспект расчета энергии, запасенной в конденсаторе, — это тип конденсатора.Это могут быть как параллельные пластины, так и сферические конденсаторы. Однако в каждом случае эти пластины несут заряженные частицы, состоящие из определенного количества энергии. Эта энергия, в свою очередь, создает электрическое поле, которое является разновидностью потенциальной энергии.

Определение энергии конденсатора

Энергия конденсатора определяется как общая энергия, которая может храниться в конденсаторе электрического компонента.

Как рассчитать энергию конденсатора?

Как рассчитать энергию конденсатора?

  1. Сначала определите емкость.

    Емкость определяется конструкцией и материалом, из которого изготовлен конденсатор.

  2. Далее определяем напряжение.

    Определите напряжение, проходящее через конденсатор.

  3. Наконец, рассчитайте энергию конденсатора.

    Рассчитайте общую энергию, запасенную в конденсаторе, используя формулу выше.

FAQ

Что такое энергия конденсатора?

Энергия конденсатора определяется как энергия, запасенная в конденсаторе из-за его емкости и проходящего через него напряжения.

Какие единицы для энергии конденсатора?

В этом калькуляторе используются следующие единицы измерения: фарады (F) для емкости, вольт (V) для напряжения, кулоны (C) для заряда и джоули (J) для энергии. Важно, чтобы единицы, введенные в приведенном выше вычислении, соответствовали им, в противном случае итоговый расчет будет неверным.

В чем разница между батареями и конденсаторами?

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fa09» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Machinedesign Com Sites Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Рис. 1 Серия TL I в сравнении с эквивалентной копией Supercap «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/05/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_figure_1_TlI_series_compared_to_an_equivilent_supercap_copy14.png? в синей упаковке), состоящий из шести ячеек размера D, был способен обеспечивать и хранить такое же количество электроэнергии, как и меньшая упаковка из шести литий-ионных аккумуляторных батарей TLI 1550 типоразмера AA.

Батареи и конденсаторы кажутся похожими, поскольку они накапливают и выделяют электрическую энергию.Однако между ними есть существенные различия, которые влияют на их потенциальные приложения из-за того, как они работают по-разному.

Суперконденсаторы

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fa0b» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Machinedesign Com Sites Machinedesign com Загрузка файлов 2015 12 Сравнение конденсаторов и суперконденсаторов «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/05/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_12_capacitor_supercapacitor_compared.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 2. Конденсатор (вверху) выравнивает молекулы диэлектрика в электрическом поле для хранения энергии. Суперконденсатор (внизу) выравнивает заряды электролита по обе стороны от изолятора для хранения двухслойного заряда.

Конденсатор состоит из двух или более проводящих пластин, разделенных диэлектриком. Когда электрический ток входит в конденсатор, диэлектрик останавливает поток, и заряд накапливается и сохраняется в электрическом поле между пластинами.Каждый конденсатор имеет определенную емкость (накопитель энергии). Когда конденсатор подключен к внешней цепи, ток будет быстро разряжаться.

В суперконденсаторе нет диэлектрика между пластинами; скорее, это электролит и тонкий изолятор, такой как картон или бумага. Когда в суперконденсатор подается ток, ионы накапливаются по обе стороны от изолятора, создавая двойной слой заряда. (См. Рисунок 2.) Суперконденсаторы ограничены низким напряжением, но очень высокой емкостью, так как высокое напряжение может разрушить электролит.

Аккумуляторы

Различные типы батарей различаются по химическому составу. Химическая единица, называемая клеткой, состоит из трех основных частей; положительная клемма, называемая катодом, отрицательная клемма, называемая анодом, и электролит. Батарея заряжается и разряжается в результате химической реакции, генерирующей напряжение. Батарея может обеспечивать постоянное постоянное напряжение. В перезаряжаемых батареях химическая энергия, которая преобразуется в электричество, может быть обращена вспять, используя внешнюю электрическую энергию для восстановления заряда.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27717f6d5f267ee27f1b8» data-embed-element = «aside» data-embed-alt = «Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny» data-embed-src = «https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2016/04/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.png?auto=format&fit=max&w=1440 caption» data-embed-caption «]}% Скачать эту статью в формате .PDF
Этот тип файла включает графику и схемы с высоким разрешением, если это применимо.

Различия

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fa0d» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Machinedesign Com Sites Machinedesign com Загрузка файлов, 2015 г. 04 Сравнение производительности «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/05/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Perf_Comparison=format = 1440 «data-embed-caption =» «]}% Источник: Battery University

Хотя батареи и конденсаторы имеют сходство, есть несколько ключевых отличий.Потенциальная энергия в конденсаторе хранится в электрическом поле, где аккумулятор хранит свою потенциальную энергию в химической форме. Технология хранения химикатов в настоящее время дает более высокую плотность энергии (способную хранить больше энергии на единицу веса), чем конденсаторы. Однако, когда батарея разряжается, она может разряжаться медленнее, чем способность конденсатора, потому что существует задержка, связанная с химической реакцией для преобразования химической энергии в электрическую. Конденсатор накапливает электрическую энергию непосредственно на пластинах, поэтому скорость разряда конденсаторов напрямую зависит от проводящей способности пластин конденсатора.Конденсатор может разряжаться и заряжаться быстрее, чем аккумулятор, благодаря этому способу накопления энергии. Выходное напряжение суперконденсатора линейно уменьшается по мере протекания тока.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fa0f» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Machinedesign Com Sites Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Батареи Конденсаторы 0 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/05/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Batteries_Capacitors_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% В этой таблице сравниваются плюсы и минусы аккумуляторов и конденсаторов

. Хотя существуют и другие различия, батареи и конденсаторы имеют некоторые частично совпадающие области применения. , как правило, батареи обеспечивают более высокую плотность энергии для хранения, в то время как конденсаторы обладают более быстрой способностью к зарядке и разрядке (более высокая плотность мощности). Потребность в быстрой портативной энергии заставляет исследователей пытаться увеличить время зарядки и разрядки аккумуляторов, одновременно увеличивая емкость конденсаторов. .Несмотря на то, что исследования по усовершенствованию аккумуляторов и конденсаторов продолжаются, все еще существуют различные характеристики, которые делают их применимыми для индивидуальных целей.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 июля 2020 г.

Если вы смотрите в небо чаще всего, вы увидите огромные конденсаторы парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами) устройства хранения энергии, которые широко используются в телевизорах, радиоприемники и другое электронное оборудование.Настройте радио на станции, сделайте снимок со вспышкой с помощью цифрового камеру или щелкни каналов на вашем HDTV, и у вас все хорошо использование конденсаторов. В конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и, хотя они совершенно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем в электронике они точно так же накапливают энергию. Давайте подробнее рассмотрим конденсаторы и как они работают!

Фотография: Типичный конденсатор, используемый в электронных схемах. Этот называется электролитическим конденсатором и имеет рейтинг 4.7 мкФ (4,7 мкФ), с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Возьмем два электрических провода (то, что пропускает электричество через них) и разделите их изолятором (материал что не пропускает электричество очень хорошо) и вы делаете конденсатор: то, что может хранить электрическую энергию. Добавление электрической энергии к конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из конденсатор известен как разряжающий .

Конденсатор немного похож на батарею, но у него другая работа делать. Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает это энергия намного быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы берете например, снимок со вспышкой, вам понадобится камера, чтобы огромная вспышка света за доли секунды. Конденсатор прилагается к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего аккумуляторы фотоаппарата.(Для зарядки конденсатора требуется время, и это почему обычно приходится немного подождать.) Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию. в мгновение ока через ксеноновую лампочку. Зап!

Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они те же основные компоненты. Есть два проводника (известные как пластины , , в основном по историческим причинам) и между ними есть изолятор. их (назвал диэлектриком ). Две пластины внутри конденсатора подключены к двум электрическим соединения на внешней стороне называются клеммами , которые похожи на тонкие металлические ножки можно подключить в электрическую цепь.

Фото: Внутри электролитический конденсатор немного похож на швейцарский рулет. «Пластины» — это два очень тонких листа металла; диэлектрик — масляная пластиковая пленка между ними. Все это упаковано в компактный цилиндр и покрыто металлическим защитным футляром. ВНИМАНИЕ! Открывать конденсаторы может быть опасно. Во-первых, они могут выдерживать очень высокое напряжение. Во-вторых, диэлектрик иногда состоит из токсичных или едких химикатов, которые могут обжечь кожу.

Изображение: Как электролитический конденсатор изготавливается путем скатывания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химическим веществом).Листы фольги подключаются к клеммам (синим) наверху, поэтому конденсатор можно подключить в цепь. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2 089 683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к электрическая цепь. При включении питания электрический заряд постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд.Если вы отключаете питание, конденсатор держит заряд (хотя со временем он может медленно вытекать). Но если подключить конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического электродвигателя или лампочки-вспышки, заряд будет стекать с конденсатора через двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя конденсаторы фактически выполняют только одну работу (хранение заряда), их можно использовать для самых разных целей в области электротехники. схемы. Их можно использовать в качестве устройств отсчета времени (потому что для этого требуется определенное, предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры (схемы, которые пропускают только определенные сигналы), для сглаживания напряжение в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах), а также для множество других целей.Большие суперконденсаторы также могут быть используется вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электрической энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от его емкость . Емкость конденсатора немного похожа на размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может вместить; чем больше емкость, тем больше электричества может выдержать конденсатор. хранить. Есть три способа увеличить емкость конденсатор. Один из них — увеличить размер тарелок.Другой — сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ — сделать диэлектрик как можно лучше изолятор. Конденсаторы используют диэлектрики из всевозможных материалов. В транзисторных радиоприемниках настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который между пластинами нет ничего, кроме воздуха. В большинстве электронных схем конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом, или пластмассы, такие как майлар.

Фотография: Этот переменный конденсатор прикреплен к главной шкале настройки в транзисторном радиоприемнике.Когда вы поворачиваете циферблат пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, продетых между ними. Степень перекрытия пластин изменяет емкость, и именно это настраивает радио на определенную станцию.

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарад (F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867).Один фарад — это огромная емкость так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто доли фарада — обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ), нанофарады (миллиардные доли фарада, написанные нФ), и пикофарады (миллионные доли фарада, написано пФ). Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды, иногда оценивается в тысячи фарадов.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они на самом деле не имеют для вас смысла, вместо этого попробуйте подумать о гравитации.Предположим, вы стоите у подножия ступенек. и вы решаете начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения, которая является притягивающей (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «работать». лестница (работать против силы тяжести) и использовать энергию. Энергия, которую вы используете, не теряется, но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей (например, спуск вниз по горке на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступеням, лестницам, горам или чему-то еще, работает против Земли. гравитационное поле.Очень похожая вещь происходит с конденсатором. Если у вас положительный электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу, как противоположное полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля. Если вы их разделите, вам придется «поработать» против этого электростатического заряда. сила. Опять же, как и при подъеме по ступенькам, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается зарядами, когда они отдельный. На этот раз она называется электрической потенциальной энергией . И это, если вы не догадались к настоящему времени это энергия, которую накапливает конденсатор.Две его пластины содержат противоположные заряды и разделение между ними создает электрическое поле. Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Почему у конденсаторов две пластины?

Фото: Очень необычный регулируемый конденсатор с параллельными пластинами, который Эдвард Беннетт Роза и Ноа Эрнест Дорси из Национального бюро стандартов (NBS) использовали для измерения скорости света в 1907 году. Точное расстояние между ними. пластины можно регулировать (и измерять) с помощью микрометрического винта.Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две проводящие пластины. разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они являются, и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряда конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему бы и нет у конденсаторов только одна большая пластина? Попробуем найти простой и удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большой металлический шар, установленный на изоляционном деревянная подставка.Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на сфера; чем он больше (чем больше радиус), тем больше заряда вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше потенциал (напряжение) сферы. Однако в конце концов вы достигнете точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон ( наименьшая возможная единица заряда) конденсатор перестанет работать. Воздух вокруг него разобьется, превратившись из изолятора в проводник: заряд будет лететь по воздуху на Землю (землю) или другой ближайший проводник в виде искры — электрического тока — в мини- заряд молнии.Максимальный заряд, который вы можете хранить на сфера — это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд (Q) и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при данном напряжении, не вызывая воздух для разрушения и искры, тем выше емкость. Если бы ты мог как-то хранить больше заряда на сфере, не доходя до точки там, где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее емкость. Как ты мог это сделать?

Забудьте о сфере.Предположим, у вас есть плоская металлическая пластина с максимально возможный заряд, хранящийся на нем, и вы обнаружите, что пластина находится на определенное напряжение. Если вы поднесете вторую идентичную тарелку близко к это, вы обнаружите, что можете хранить гораздо больше заряда на первой пластине для такое же напряжение. Это потому, что первая пластина создает электрический поле вокруг него, которое «индуцирует» равный и противоположный заряд на второй тарелке. Таким образом, вторая пластина снижает напряжение. первой пластины. Теперь мы можем хранить больше заряда на первой пластине не вызывая искры.Мы можем продолжать делать это, пока не достигнем исходное напряжение. С большим запасом заряда (Q) точно так же напряжение (В), уравнение C & равно; Q / V сообщает нам, что мы увеличили емкость нашего устройства накопления заряда, добавив вторую пластину, и именно поэтому конденсаторы имеют две пластины, а не одну. На практике дополнительная пластина составляет огромную разницу , что Вот почему все конденсаторы на практике имеют две пластины.

Как увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить больше заряда (так же, как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете набить больше вещи внутри него).Так что увеличение площади пластин тоже увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние между пластинами, что также увеличивает емкость. Это ведь чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект пластины располагаются одна на другой. Вторая тарелка, будучи ближе, еще больше снижает потенциал первой пластины, и это увеличивает емкость.

Изображение: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического поле между пластинами, что снижает потенциал (напряжение) каждой пластины.Это означает, что вы можете хранить больше заряд на пластинах при одинаковом напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе исходит от положительной пластины. слева к отрицательной пластине справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в линию в противоположном направлении — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, — это изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает неплохо, но другие материалы даже лучше.Стекло как минимум в 5 раз больше эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но это тяжело, непрактично, и его трудно втиснуть в небольшие помещения. Вощеный бумага примерно в 4 раза лучше воздуха, очень тонкая, дешевая, легко изготавливать крупными кусками и легко скатывать, что делает его отличным, практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных молекулы (с более положительным электрическим зарядом на одной стороне и с другой стороны, больше отрицательного электрического заряда).Когда они сидят в электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают со своими заряды направлены напротив поля, что эффективно его уменьшает. Это снижает потенциал на пластинах и, как и раньше, увеличивает их емкость. Теоретически вода, состоящая из крошечных полярные молекулы, будут отличным диэлектриком, примерно в 80 раз лучше воздуха. На практике, правда, не все так хорошо (протекает и высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно умеренные температуры), поэтому в реальных конденсаторах он не используется.

Диаграмма

: Различные материалы делают диэлектрики лучше или хуже в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними. Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком, и его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1. Другие диэлектрики измеряются относительно (путем сравнения) с вакуумом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.