Совет 1: Как найти напряжение между пластинами конденсатора

Одним из разделов физики, лежащих в основе знания, посвященного процессам, связанным с электричеством, является электростатика. Она изучает взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Поэтому одной из типичных задач, которую может потребоваться решить школьникам и студентам младших курсов ВУЗ-ов, является нахождение напряжения между пластинами конденсатора на основании знания различных параметров.
Вам понадобится
  • - знание емкости или геометрических и физических параметров конденсатора;
  • - знание энергии или заряда на конденсаторе.
Инструкция
1
Найдите напряжение между пластинами конденсатора, если известна текущая величина накопленной им энергии, а также его емкость. Энергия, запасенная конденсатором, может быть вычислена по формуле W=(C∙U²)/2, где C - емкость, а U - напряжение между пластинами. Таким образом, значение напряжения может быть получено как корень из удвоенного значения энергии, деленного на емкость. То есть, оно будет равно: U=√(2∙W/C).
2
Энергия, запасенная конденсатором, также может быть вычислена на основании значения содержащегося в нем заряда (количества электричества) и напряжения между обкладками. Формула, задающая соответствие между этими параметрами, имеет вид: W=q∙U/2 (где q - заряд). Следовательно, зная энергию и заряд конденсатора, можно вычислить напряжение между его пластинами по формуле: U=2∙W/q.
3
Поскольку заряд на конденсаторе пропорционален как приложенному к его пластинам напряжению, так и емкости устройства (он определяется формулой q=C∙U), то, зная заряд и емкость, можно найти и напряжение. Соответственно, для проведения расчета используйте формулу: U=q/C.
4
Для получения значения напряжения на конденсаторе с известными геометрическими и физическими параметрами, сначала рассчитайте его емкость. Для простого плоского конденсатора, состоящего из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком, расстояние между которыми пренебрежимо мало по сравнению с их размерами, емкость может быть вычислена по формуле: C=(ε∙ε0∙S)/d. Здесь d - расстояние между пластинами, а S - их площадь. Значение ε0 - электрическая постоянная (константа, равная 8,8542•10^-12 Ф/м), ε - относительная диэлектрическая проницаемость пространства между пластинами (ее можно узнать из физических справочников). Вычислив емкость, рассчитайте напряжение одним из методов, приведенных в шагах 1-3.

Совет 2: Как найти емкость конденсатора

Для того чтобы знать, можно ли использовать в том или ином месте схемы конденсатор, следует определить его емкость. Способ нахождения этого параметра зависит от того, каким образом он обозначен на конденсаторе и обозначен ли вообще.
Вам понадобится
  • Измеритель емкости
Инструкция
1
На крупных конденсаторах емкость обычно обозначена открытым текстом: 0,25 мкФ или 15 uF. В этом случае, способ ее определения тривиален.
2
На менее крупных конденсаторах (в том числе, SMD) емкость обозначается двумя или тремя цифрами. В первом случае, она обозначена в пикофарадах. Во втором случае, первые две цифры означают емкость, а третья - в каких единицах она выражена:1 - десятки пикофарад;
2 - сотни пикофарад;
3 - нанофарады;
4 - десятки нанофарад;
5 - десятые доли микрофарады.
3
Существует также система обозначения емкости, использующая сочетания латинских букв и цифр. Буквы обозначают следующие цифры:A - 10;
B - 11;
C - 12;
D - 13;
E - 15;
F - 16;
G - 18;
H - 20;
J - 22;
K - 24;
L - 27;
M - 30;
N - 33;
P - 36;
Q - 39;
R - 43;
S - 47;
T - 51;
U - 56;
V - 62;
W - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91.Полученное число следует умножить на число 10, предварительно возведенное в степень, равную цифре, следующей после буквы. Результат будет выражен в пикофарадах.
4
Встречаются конденсаторы, емкость на которых не обозначена вообще. Вы наверняка встречали их, в частности, в стартерах ламп дневного света. В этом случае, измерить емкость можно только специальным прибором. Они бывают цифровыми и мостовыми.В любом случае, если конденсатор впаян в то или иное устройство, его следует обесточить, разрядить в нем конденсаторы фильтра и сам конденсатор, емкость которого следует измерить, и лишь после этого выпаять его. Затем его необходимо подключить к прибору.На цифровом измерителе сначала выбирают самый грубый предел, затем переключают его до тех пор, пока он не покажет перегрузку. После этого переключатель переводят на один предел назад и читают показания, а по положению переключателя определяют, в каких единицах они выражены.На мостовом измерителе, последовательно переключая пределы, на каждом из них прокручивают регулятор из одного конца шкалы в другой, пока звук из динамика не исчезнет. Добившись исчезновения звука, по шкале регулятора считывают результат, а единицы, в которых он выражен, также определяют по положению переключателя.Затем конденсатор устанавливают обратно в устройство.
Обратите внимание
Никогда не подключайте к измерителю заряженные конденсаторы.
Источники:
  • Справочник по системам обозначения емкости

Совет 3: Как найти электрический заряд

Найти значение электрического заряда можно двумя способами. Первый – измерить силу взаимодействия неизвестного заряда с известным и с помощью закона Кулона рассчитать его значение. Второй – внести заряд в известное электрическое поле и измерить силу, с которой оно действует на него. Для измерения заряда протекающего через поперечное сечение проводника за определенное время измерьте силу тока и умножьте ее на значение времени.
Вам понадобится
  • чувствительный динамометр, секундомер, амперметр, измеритель электростатического поля, воздушный конденсатор.
Инструкция
1
Измерение заряда при его взаимодействии с известным зарядомЕсли известен заряд одного тела, поднесите к нему неизвестный заряд и измерьте расстояние между ними в метрах. Заряды начнут взаимодействовать. С помощью динамометра измерьте силу их взаимодействия. Рассчитайте значение неизвестного заряда - для этого квадрат измеренного расстояния умножьте на значение силы и поделите на известный заряд. Полученный результат поделите на число 9•10^9. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F•r²/(q0•9•10^9)). Если заряды отталкиваются, то они одноименные, если же притягиваются – разноименные.
2
Измерение значения заряда, внесенного в электрическое полеИзмерьте значение постоянного электрического поля специальным прибором (измеритель электрического поля). Если такого прибора нет, возьмите воздушный конденсатор, зарядите его, измерьте напряжение на его обкладках и поделите не расстояние между пластинами – это и будет значение электрического поля внутри конденсатора в вольтах на метр. Внесите в поле неизвестный заряд. С помощью чувствительного динамометра измерьте силу, которая на него действует. Измерение проводите в ньютонах. Поделите значение силы на напряженность электрического поля. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F/Е).
3
Измерение заряда, протекающего через поперечное сечение проводникаСоберите электрическую цепь с проводниками и последовательно подключите к ней амперметр. Замкните ее на источник тока и измерьте силу тока с помощью амперметра в амперах. Одновременно секундомером засеките время, в течение которого в цепи был электрический ток. Умножив значение силы тока на полученное время, узнайте заряд, прошедший через поперечное сечение каждого проводника за это время (q=I•t). При измерениях следите, чтобы проводники не перегревались и не произошло короткое замыкание.

Совет 4: Как вычислить емкость конденсатора

Конденсатором называется устройство, способное накапливать электрические заряды. Количество накапливаемой электрической энергии в конденсаторе характеризуется его емкостью. Она измеряется в фарадах. Считается, что емкость в один фарад соответствует конденсатору, заряженному электрическим зарядом в один кулон при разности потенциалов на его обкладках в один вольт.
Инструкция
1
Определите емкость плоского конденсатора по формуле С = S•e•e0/d, где S - площадь поверхности одной пластины, d - расстояние между пластинами, e - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (в вакууме она равна единице), e0 - электрическая постоянная, равная 8,854187817•10(-12) Ф/м.Исходя из приведенной формулы, величина емкости будет зависеть от площади проводников, от расстояния между ними и от материала диэлектрика. В качестве диэлектрика может применяться бумага или слюда.
2
Относительную проницаемость диэлектриков определите по специальным таблицам. Для бумаги ее величина составит 3,5, для слюды - 6,8-7,2, для фарфора - 6,5. Эта цифра показывает, во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.
3
Вычислите емкость сферического конденсатора по формуле С = (4П•e0•R²)/d, где П - число «пи», R - радиус сферы, d - величина зазора между его сферами.Величина емкости сферического конденсатора прямо пропорциональна радиусу концентрической сферы и обратно пропорциональна расстоянию между сферами.
4
Рассчитайте емкость цилиндрического конденсатора по формуле С = (2П•e•e0•L•R1)/(R2-R1), где L - длина конденсатора, П - число «пи», R1 и R2 - радиусы его цилиндрических обкладок.
5
Если конденсаторы в цепи соединены параллельно, рассчитайте их общую емкость по формуле С = С1+С2+…+Сn, где С1, С2,…Сn – емкости параллельно соединенных конденсаторов.
6
Вычислите общую емкость последовательно соединенных конденсаторов по формуле 1/С = 1/С1+1/С2+…+1/Сn, где С1, С2,…Сn - емкости последовательно соединенных конденсаторов.
Обратите внимание
На любом конденсаторе обязательно должна быть нанесена маркировка, которая может быть буквенно-цифровая или цветовая. Маркировка отражает его параметры.
Источники:
  • Цветовая маркировка резисторов, конденсаторов и индуктивностей

Совет 5: Как найти емкость плоского конденсатора

Емкость – величина, в системе СИ выражаемая в фарадах. Хотя используются, фактически, лишь производные от нее – микрофарады, пикофарады и так далее. Что касается электроемкости плоского конденсатора, она зависит от зазора меж обкладок и их площади, от вида диэлектрика, в данном зазоре расположенного.
Инструкция
1
В том случае, если обкладки конденсатора имеют одинаковую площадь и имеют расположение строго одна над другой, рассчитайте площадь одной из обкладок – любой. Если же одна из них относительно другой смещена либо они разные по площади, нужно рассчитывать площадь области, в которой обкладки друг дружку перекрывают.
2
При этом используются общепринятые формулы, позволяющие рассчитывать площади таких геометрических фигур, как круг (S=π(R^2)), прямоугольника (S=ab), его частного случая – квадрата (S=a^2) – и других.
3
Полученная площадь обязательно переводится в единицы привычной для нас системы СИ, то есть в квадратные метры. Что касается расстояния между обкладками, оно переводится, соответственно, в метры.
4
В условиях данной вам задачи может указываться как абсолютная диэлектрическая проницаемость данного материала, который расположен меж обкладок конденсатора, так и относительная. Абсолютная проницаемость выражается в Ф/м (фарады на метр), относительная же является величиной безразмерной.
5
В случае с относительной диэлектрической проницаемостью среды (диэлектрика в данном случае) используется коэффициент, который указывает на связь абсолютной диэлектрической проницаемости материала и этой же характеристики, но в вакууме, а точнее на то, во сколько раз первая больше второй. Переведите относительную диэлектрическую проницаемость в абсолютную, а затем умножьте полученный результат на электрическую постоянную. Она составляет 8,854187817*10^(-12) Ф/м и является, по сути, диэлектрической проницаемостью вакуума.
6
Найдя посредством вычислений, описанных в предыдущем шаге, абсолютную диэлектрическую проницаемость материала меж обкладок конденсатора, если она не задана изначально, умножьте ее на площадь той области, в которой пластины перекрывают друг дружку. Затем полученный результат разделите на расстояние между обкладками, и вы получите выраженную в фарадах емкость конденсатора.
7
Если требуется, переведите полученный результат в другие единицы, более удобные – микро-, пико- или нанофарады. Можно перевести и в миллифарады, но учтите, что в технике электроемкость в них не принято указывать, независимо от того, какую конструкцию имеет тот или иной конденсатор. Старайтесь при выборе единицы измерения, чтобы после запятой у вас было знаков как можно меньше.
Видео по теме

Совет 6: Как можно изменить его емкость конденсатора

Емкость конденсатора определяется как внешними характерными геометрическими размерами прибора, а также природой и размером сердечника конденсатора, если он используется.
Вам понадобится
  • Учебник по физике, компьютер с подключенным интернетом.
Инструкция
1
Обратите внимание на определение ёмкости конденсатора в учебнике по физике. Как известно, емкость конденсатора есть отношение заряда, скопленного на одной из его обкладок, к напряжению между обкладками. Таким образом, увеличить или уменьшить емкость конденсатора можно, изменяя количество заряда, которое он может удержать в себе при данном значении напряжения.
2
Вникните в принцип действия конденсатора, чтобы понять, каким образом можно изменять количество зарядов на его обкладках. При подаче напряжения на обкладки конденсатора внутри него создается электрическое поле, которое удерживает заряды на пластинах. Таким образом, для увеличения количества заряда на пластинах конденсатора необходимо усилить электрическое поле внутри него. Для этих целей обычно используют вещества, именуемые поляризаторами.
3
Поляризаторы представляют собой диэлектрические вещества, атомы или молекулы которых обладают поляризационными свойствами. Таким образом, в толще поляризатора помимо внешнего электрического поля, создаваемого зарядами обкладок, существует собственное электрическое поле, наводимое внешним. Собственное электрическое поле диэлектрика конденсатора образуется за счет одинаковой ориентировки полярных частиц вещества диэлектрика. Таким образом, внутреннее электрическое поле накладывается на внешнее электрическое поле, усиливая его и создавая возможность скапливать большее количество зарядов.
4
Учтите, что различные полярные вещества способны создать различное внутреннее электрическое поле. Таким образом, переходя от одного диэлектрика к другому, помещаемого в конденсатор, можно резко изменять его емкость.
5
Заметьте также, что изменить число зарядов на обкладках можно, просто изменив геометрические размеры прибора, а именно, изменив площадь обкладок конденсатора. Если вы обратите внимание на формулу для емкости плоскопараллельного конденсатора, вы увидите, что она представляет собой отношение площади его обкладок к расстоянию между ними, умноженное на диэлектрическую постоянную данного вещества. Таким образом, можно, уменьшив расстояние между обкладками, усилить электрическое поле внутри конденсатора, тем самым увеличивая емкость конденсатора.
6
Обратите внимание, что зависимость емкости конденсатора от расстояния между его платинами более резкая, чем зависимость емкости от площади обкладок. Поэтому более обоснованным является способ изменения емкости посредством изменения расстояния между обкладками.
Видео по теме
Обратите внимание
Для получения корректных результатов при вычислении напряжений между обкладками конденсаторов, перед проведением расчетов приводите значения всех параметров в систему СИ.
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500