2. Кондензатори. Електрически капацитет на кондензатори. Приложение на кондензатори.

Електрически капацитетдва проводника се нарича отношението на заряда на един от проводниците към потенциалната разлика между този проводник и съседния.

Електрическият капацитет се обозначава с буквата и се изчислява по формулата: където

Мерна единица за електрически капацитет: Фарад (F).

Кондензаторсе състои от два проводника, разделени от диелектричен слой, чиято дебелина е малка в сравнение с размера на проводниците.

Електрическият капацитет на кондензатора се определя по формулата:.

Има кондензатори различни видове: хартия, слюда, въздух и др. според вида на използвания диелектрик.

Има и кондензатори с постоянен и променлив електрически капацитет.

Електрическият капацитет на кондензатора зависи от вида на диелектрика, разстоянието между плочите и площта на плочите: , където

Електрическото поле е концентрирано вътре в кондензатора. Енергията на зареден кондензатор се изчислява по формулата:.

Основното приложение на кондензаторите е в радиотехниката. Използват се и в светкавици и газоразрядни лампи.

3.Задача за прилагане на втория закон на Нютон.

Билет номер 15

1.Състав на ядрото на атома. Изотопи. Енергията на свързване на ядрото на атома. Верижна ядрена реакция и условия за нейното протичане. Термоядрени реакции.

ЯдроАтомът на всеки химичен елемент се състои от положително заредени протони (p) и незаредени неутрони (n).

Протоните и неутроните са две зарядни състояния на частица, наречени нуклон.

Броят на протоните и неутроните може да се определи от периодичната таблица.

Атомното число е броят на протоните. За да разберете броя на неутроните, трябва да извадите броя на протоните от атомната маса.

Например в ядрото на кислородния атом има 8 протона и 8 неутрона.

Всеки атом има изотопи- това са ядра с еднакъв брой протони, но различни суминеутрони. Например, водородът има три изотопа: протий, деутерий и тритий.

Енергията, необходима за пълното разделяне на ядрото на отделни нуклони, се нарича Свързваща енергия.

Ядрени реакцииса промени в атомните ядра, причинени от взаимодействието им с елементарни частици или помежду си.

През 1938 г. немските физици Хан и Щрасман откриват деленето на урана под въздействието на неутрони: ядрото на урана се разделя на две ядра с еднаква маса.

Тази реакция има две важни характеристики, които направиха възможно нейното практическо приложение:

1. Когато всяко ураново ядро ​​се дели, се освобождава значителна енергия.

2. Деленето на всяко ядро ​​е съпроводено с отделяне на 2-3 неутрона, които могат да предизвикат делене на следващи ядра, т.е. направи реакция верига.

За осъществяване на верижната реакция се използват изотопни ядра на уран с масово число 235, т.е. . Те се делят добре под въздействието както на бързи, така и на бавни неутрони.

Ядрата на изотопа на урана с масово число 238 () се използват за получаване на плутоний, който също се използва за ядрена верижна реакция.

За да възникне верижна реакция, е необходимо средният брой неутрони, освободени в дадена маса, да не намалява с времето. Провежда се контролирана верижна реакция в ядрени реактори, които са проектирани така, че коефициентът на умножение к неутроните е равно на единица. Ако броят на неутроните се увеличава с времето и к >1, тогава ще настъпи експлозия.

Термоядрени реакции- това са реакции на синтез на леки ядра при много високи температури (около 10 7 Келвин и повече).

Най-лесният начин за провеждане на реакция на синтез е между тежките изотопи на водорода - деутерий и тритий. В този случай полученото хелиево неутронно ядро ​​отделя огромна енергия.

Работата по създаването на контролирана термоядрена реакция все още е в ход.

Досега беше възможно да се извърши неконтролирана термоядрена реакция във водородна бомба.

Плосък кондензаторобикновено се нарича система от плоски проводящи плочи - плочи, разделени от диелектрик. Простотата на дизайна на такъв кондензатор го прави сравнително лесно да се изчисли неговият електрически капацитет и да се получат стойности, които съвпадат с експерименталните резултати.

Нека закрепим две метални плочи върху изолационни стойки и да ги свържем към електрометъра, така че едната плоча да бъде свързана към пръта на електрометъра, а втората към неговия метален корпус (фиг. 4.71). С тази връзка електрометърът ще измери потенциалната разлика между плочите, които образуват плосък кондензатор от две плочи. Когато провеждате изследване, трябва да запомните това

при постоянна стойност на заряда на плочите намаляването на потенциалната разлика показва увеличаване на електрическия капацитет на кондензатора и обратно.

Нека дадем противоположни заряди на плочите и да отбележим отклонението на стрелката на електрометъра. Приближавайки плочите една до друга (намалявайки разстоянието между тях), ще забележим намаляване на потенциалната разлика. Така с намаляването на разстоянието между плочите на кондензатора, неговият електрически капацитет се увеличава. С увеличаване на разстоянието показанията на стрелката на електрометъра се увеличават, което е доказателство за намаляване на електрическия капацитет.

обратно пропорционална на разстоянието между плочите му.

C~ 1 / д,

Където д-разстояние между плочите.

Тази зависимост може да бъде изобразена чрез графика на обратно пропорционална зависимост (фиг. 4.72).

Ще изместим плочите една спрямо друга в успоредни равнини, без да променяме разстоянието между тях.

В този случай площта на припокриване на плочите ще намалее (фиг. 4.73). Увеличаването на потенциалната разлика, отбелязано от електрометъра, ще покаже намаляване на електрическия капацитет.

Увеличаването на площта на припокриване на слоевете ще доведе до увеличаване на капацитета.

Електрически капацитет плосък кондензатор пропорционално на площта на плочите, които се припокриват.

C~С,

Където С-площ на плочата.

Тази зависимост може да бъде представена чрез графика на пряка пропорционална зависимост (фиг. 4.74).

След като върнем плочите в първоначалното им положение, въвеждаме плосък диелектрик в пространството между тях. Електрометърът ще забележи намаляване на потенциалната разлика между плочите, което показва увеличаване на електрическия капацитет на кондензатора. Ако между плочите се постави друг диелектрик, тогава промяната в електрическия капацитет ще бъде различна.

Електрически капацитет на плосък кондензатор зависи от диелектричната константа на диелектрика.

° С ~ ε ,

Където ε е диелектричната константа на диелектрика. Материал от сайта

Тази зависимост е показана на графиката на фиг. 4.75.

Експерименталните резултати могат да бъдат обобщени във формата формули за капацитета на плосък кондензатор:

C=εε 0 С/д,

Където С— площ на плочата; д— разстоянието между тях; ε — диелектрична константа на диелектрика; ε 0 - електрическа константа.

Кондензаторите, които се състоят от две пластини, се използват много рядко в практиката. По правило кондензаторите имат много пластини, свързани помежду си по определен модел.

На тази страница има материали по следните теми:

• Графика на електрическия капацитет на плосък кондензатор спрямо площта на неговите пластини

• С увеличаване на площта на припокриване на плочите, зарядът на плочите на кондензатора

• Теория на плоските кондензатори

• Как диелектрикът влияе на електрическия капацитет?

• Съобщение по темата за електрически капацитет

Въпроси относно този материал:

• Каква е структурата на кондензатор с паралелни пластини?

• Чрез промяна на каква стойност в експеримента можем да направим заключение за промяна на електрическия капацитет?

• Ще обмислим самотен водач, т.е. проводник, значително отдалечен от други проводници, тела и заряди. Неговият потенциал, както е известно, е право пропорционален на заряда на проводника. От опит е известно, че различните проводници, макар и еднакво заредени, имат различен потенциал. Следователно, за единичен проводник можем да напишем Количество (1) се нарича електрически капацитет(или просто капацитет) самотен проводник. Капацитетът на изолиран проводник се определя от заряда, чието предаване на проводника променя неговия потенциал с единица. Капацитетът на единичен проводник зависи от неговия размер и форма, но не зависи от материала, формата и размера на кухините вътре в проводника, както и от неговото агрегатно състояние. Причината за това е, че излишните заряди се разпределят по външната повърхност на проводника. Капацитетът също не зависи от заряда на проводника или неговия потенциал. Единица за електрически капацитет - фарад(F): 1 F е капацитетът на такъв изолиран проводник, чийто потенциал се променя с 1 V, когато му се придаде заряд от 1 C. Според формулата за потенциала на точков заряд, потенциалът на самотна топка с радиус R, която се намира в хомогенна среда с диелектрична константаε е равно на Прилагайки формула (1), получаваме, че капацитетът на топката (2) От това следва, че самотна топка, разположена във вакуум и имаща радиус R=C/(4πε 0)≈9 10 6 km ще има капацитет от 1 F, което е приблизително 1400 пъти радиуса на Земята (електрически капацитет на Земята C≈0,7 mF). Следователно един фарад е доста голяма стойност, така че на практика се използват кратни единици - милифарад (mF), микрофарад (μF), нанофарад (nF), пикофарад (pF). От формула (2) също следва, че единицата на електрическата константа ε 0 е фарад на метър (F/m) (виж (78.3)).

  37. Кондензатори. Електрически капацитет на плосък кондензатор (терминал). Свързване на кондензатори.

  Както знаем от формулата за капацитета на отделен проводник, за да има един проводник голям капацитет, той трябва да има доста големи размери. На практика са необходими устройства, които имат способността с малки размери и малки потенциали спрямо околните тела да акумулират големи заряди, с други думи да имат голям капацитет. Тези устройства се наричат кондензатори. Ако други тела се придвижват към зареден проводник, тогава върху тях се появяват индуцирани (върху проводника) или свързани (върху диелектрика) заряди, докато зарядите с обратен знак ще бъдат най-близо до индуцирания заряд Q. Тези заряди очевидно отслабват полето, което се създава от заряда Q, т.е. намаляват потенциала на проводника, което води, следвайки формулата за зависимостта на капацитета от потенциала C = Q/φ, до увеличаване на неговия електрически капацитет . Кондензаторът се състои от два проводника (плочи), които са разделени от диелектрик. Капацитетът на кондензатора не трябва да се влияе от околните тела, поради което проводниците са оформени по такъв начин, че полето, създадено от натрупаните заряди, да се концентрира в тясна междина между плочите на кондензатора. Това условие се изпълнява от: 1) две плоски плочи; 2) две концентрични сфери; 3) два коаксиални цилиндъра. Следователно, в зависимост от формата на плочите, кондензаторите се разделят на плоски, сферични и цилиндрични. Тъй като полето е концентрирано вътре в кондензатора, линиите на интензитет започват от една плоча и завършват от другата, следователно свободните заряди, които възникват на различни плочи, са равни по големина и противоположни по знак. Под капацитеткондензатор се разбира като физическо количество, равно на съотношението на заряда Q, натрупан в кондензатора, към потенциалната разлика (φ 1 - φ 2) между неговите плочи: (1) Нека намерим капацитета на плосък кондензатор, който се състои от две успоредни метални пластини с площ S всяка, разположени на разстояние d една от друга и имащи заряди +Q и –Q. Ако приемем, че разстоянието между плочите е малко в сравнение с техните линейни размери, тогава ръбовите ефекти върху плочите могат да бъдат пренебрегнати и полето между плочите може да се счита за равномерно. Може да се намери с помощта на формулата за потенциала на полето на две безкрайни успоредни противоположно заредени равнини φ 1 -φ 2 =σd/ε 0. Като се има предвид наличието на диелектрик между плочите: (2) където ε е диелектричната константа. Тогава от формула (1), замествайки Q=σS, като вземем предвид (2), намираме израз за капацитета на плосък кондензатор: (3) За определяне на капацитета на цилиндричен кондензатор, който се състои от два кухи коаксиални цилиндъра с радиуси r 1 и r 2 (r 2 > r 1), едното се вмъква в другото, като отново се пренебрегват ръбовите ефекти, ние считаме полето за радиално симетрично и действащо само между цилиндричните плочи. Изчисляваме потенциалната разлика между плочите по формулата за потенциалната разлика в полето на равномерно зареден безкраен цилиндър с линейна плътност τ =Q/ л (л- дължина на облицовките). Ако има диелектрик между плочите, потенциалната разлика е (4) Замествайки (4) в (1), намираме израз за капацитета на цилиндричен кондензатор: (5) За да намерим капацитета на сферичен кондензатор, който се състои от две концентрични плочи, разделени от сферичен слой диелектрик, използваме формулата за потенциална разлика между две точки, разположени на разстояния r 1 и r 2 (r 2 > r 1) от центъра на заредената сферична повърхност. Ако между плочите има диелектрик, потенциалната разлика (6) Замествайки (6) в (1), получаваме Ако d=r 2 -r 1<пробивно напрежение- потенциалната разлика между плочите на кондензатора, при която възниква пробив - електрически разряд през диелектричния слой в кондензатора. Пробивното напрежение също зависи от формата на плочите, свойствата на диелектрика и неговата дебелина. За увеличаване на капацитета и промяна на възможните му стойности кондензаторите се свързват в батерии, като се използват техните паралелни и последователни връзки. 1. Паралелно свързване на кондензатори(Фиг. 1). За паралелно свързаните кондензатори потенциалната разлика на пластините на кондензатора е еднаква и е равна на φ A – φ B. Ако капацитетът на отделните кондензатори е C 1, C 2, ..., C n, тогава, както се вижда от (1), техните заряди са ............... и зарядът на батерията от кондензатори е общият капацитет на батерията, тоест, когато кондензаторите са свързани паралелно, общият капацитет е равен на сумата от капацитетите на отделните кондензатори.

  

  Фиг. 1

  2. Серийно свързване на кондензатори(фиг. 2). За последователно свързаните кондензатори зарядите на всички пластини са равни по големина и потенциалната разлика на клемите на батерията където за който и да е от разглежданите кондензатори Δφ i = Q/С i. От друга страна, от където, т.е., когато кондензаторите са свързани последователно, количествата, които са реципрочни на капацитетите, се сумират. Това означава, че когато кондензаторите са свързани последователно, полученият капацитет C винаги е по-малък от най-малкия капацитет, използван в батерията.

  

  Електрическият капацитет на тялото, както и неговият потенциал, е трудно да се определи недвусмислено. За да направите това, е необходимо да се създадат условия, при които влиянието на околните тела ще бъде напълно изключено. В реални условия околните тела влияят на изследваното тяло, променяйки неговия потенциал и капацитет.

  Нека прикрепим метална топка към пръта на заземен електрометър и да й дадем определен заряд. Стрелката на електрометъра ще се отклони от равновесното положение и ще покаже стойността на потенциала на топката спрямо земята. Нека донесем метална пластина, свързана със земята с тел към топката (фиг. 4.63). Отчитането на електрометъра ще намалее. Тъй като зарядът на топката не се е променил, намаляването на потенциала показва увеличаване на електрическия капацитет на топката. Промени в потенциала и съответно капацитета ще се наблюдават, ако разстоянието между топката и плочата се промени.

  По този начин, когато се определя капацитетът на отделно тяло, е необходимо да се вземе предвид разположението на всички околни тела.

  Тъй като това е практически невъзможно да се направи, те използват устройство, наречено кондензатор. Най-простата система за изследване и изчисляване е система от две проводящи плочи, разделени от диелектрик.

  Кондензатор е система от два проводника, разделени от диелектрик.

  Размерите на тези плочи (дължина и ширина) са много по-големи от разстоянието между тях. Електрическите свойства на такава система от проводници не зависят от разположението на околните тела. Ако на плочите се придадат различни заряди, те ще бъдат разположени на вътрешните повърхности на плочите поради взаимно привличане.

  Съответно полето на заредените плочи ще бъде концентрирано в пространството между плочите. Това може да се обясни въз основа на принцип на суперпозиция на полето.

  На фиг. Фигура 4.64 показва структурата на електрическото поле на плоча, заредена с положителен заряд. Силовите линии са успоредни и насочени в посоки, противоположни на плочата.

  На фиг. 4.65 - подобна структура на електрическото поле на отрицателно заредена плоча. Силовите линии са успоредни, а посоката е противоположна на предходната (фиг. 4.64).

  Ако плочите са поставени на разстояние д,много по-малък от линейните размери на плочите, тогава в пространството между тях силовите линии на двете плочи ще имат една и съща посока (фиг. 4.66) и следователно напрегнатостта на електрическото поле ще бъде равна на сумата от силите на двете полета:

  E' = E 1 + E2.

  Извън плочите линиите на напрежение имат обратна посока и следователно

  E' =E 1 -E2.

  Тъй като E 1 =E2,Че E' = 0 (фиг. 4.67). Материал от сайта

  Кондензаторможе да натрупа значителен заряд дори при малка потенциална разлика между плочите. В случай на отделно тяло, големият заряд създава голям потенциал, което води до полево излъчване или „източване на заряди“.

  Капацитет кондензаторза разлика от капацитета на отделно тяло, той се определя от потенциалната разлика между плочите.

  C=Q/(φ 1 —φ 2) =Q/Δφ .

  Където Q -заряд на една от плочите; (φ 1 —φ 2)- потенциална разлика между плочите.

  За измерване на капацитет кондензатор 1 фарад се използва:

  1F = 1 C/ 1 V.

  На тази страница има материали по следните теми:

  • Накратко за кондензатора (физика)

  • Физическо явление на кондензатора

  • Защо капацитетът на кондензатора не зависи от влиянието на околните тела?

  • Защо капацитетът на кондензатор е независим от околните тела?

  • Съобщение по физика с помощта на кондензатор

  Въпроси относно този материал:

  Както в индустрията, така и в ежедневието често се налага създаването на голям брой положителни и отрицателни. Ясно е, че това не може да стане с помощта на наелектризиращи тела. Оказва се, че имате нужда от специално устройство. Такова устройство е кондензатор.

  Кондензаторът е проста система, състояща се от диелектрик, разделящ две пластини. В този случай е много важно дебелината на този диелектрик да е малка в сравнение с размерите на самите тези плочи, тоест проводниците.

  Най-простият тип електрически капацитивни устройства е комплекс от две метални пластини, разделени от някакъв вид диелектрик. Ако доведем до тези плочи електричество, тогава количествената стойност на интензитета на електрическото поле, което възниква между тях, ще бъде почти два пъти по-голяма от същата интензивност за една от тези плочи.

  Най-важният показател, характеризиращ тази система, е кондензаторът, от гледна точка на основите на електромеханиката, равен на съотношението на заряда на една от използваните плочи към напрежението между проводниците на това устройство. Като цяло капацитетът на кондензатора ще изглежда така:

  Ако позицията на плочите в пространството остане непроменена за дълго време, тогава електрическият капацитет на кондензатора остава постоянен (независимо от количествените показатели на заряда на плочите).

  

  В Международната система за физически измервания електрическият капацитет на кондензатора се измерва във фаради (F). Според тази класификация един фарад характеризира електрическия капацитет на устройство, в което напрежението между диелектриците е един волт, а количеството заряд, подаден към плочите, е равно на един кулон.

  Всъщност един фарад е много голяма стойност, така че най-често използваните единици са микрофарад, нанофарад и дори пикофарад.

  Електрическият капацитет на плосък кондензатор ще зависи пряко от площта на неговите плочи и ще се увеличи с намаляване на разстоянието между тях. За да се увеличи значително електрическият капацитет на тези устройства, между проводниците се въвеждат определени диелектрици.

  
  

  Най-често електродите за кондензатори са направени от тънко фолио, а като основно уплътнение се използват хартия, слюда или керамика. В съответствие с материала, който служи като основа за диелектриците, кондензаторите получават имената си - хартия, керамика, въздух, слюда. Електролитните кондензатори, които въпреки доста компактните си размери имат значителен електрически капацитет, напоследък станаха доста широко разпространени. Благодарение на тези си качества те се използват активно в домакинските уреди, както и като токоизправители на електрически ток.

  Кондензаторите са едни от най-незаменимите електрически устройства, без които би било просто невъзможно да се създадат повечето домакински и електрически измервателни уреди.