Совет 1: От чего зависит энергия электрического поля конденсатора

Энергия электрического поля конденсатора – это, в первую очередь, энергия самого электрического поля. Таким образом, чтобы понять, от чего она зависит, нужно понять, каким образом формируется данный вид энергии.
Вам понадобится
  • Учебник по физике, лист бумаги, карандаш
Инструкция
1
Откройте учебник по физике 10 класса. В нем вы найдете тему «Электричество», в которой можно прочитать основные определения, необходимые для понимания изучаемой темы. Во-первых, необходимо понять, каким образом формируется электрическое поле в конденсаторе.
2
Как известно, конденсатор – это две плоскопараллельные пластины, имеющие заряды противоположного знака. На самом деле, это только один из подвидов конденсаторов, но его рассмотрения достаточно в данном контексте. Итак, две пластины конденсатора, имеющие разные заряды, образуют в зазоре между собой электрическое поле, энергию которого необходимо измерить.
3
Возьмите лист бумаги и изобразите исследуемое электрическое поле внутри обкладок конденсатора. Нарисуйте два узких вертикальных прямоугольника, изображающие сам конденсатор, а между ними - горизонтальные лучи, направленные от положительно заряженной пластины к отрицательно заряженной. Горизонтальные лучи показывают направление вектора напряженности электрического поля конденсатора. Таким образом, конденсатор скапливает в себе энергию данного электрического поля. Видно, что если бы обкладки были большего размера, то и число линий напряженности было бы больше, а значит, была бы больше и энергия электрического поля. Таким образом, изменяя конструкцию конденсатора, можно влиять на энергию запасенного в нем электрического поля. На самом деле, изменяя конструкцию конденсатора, мы, в первую очередь, изменяем его емкость.
4
Вспомните, каково определение емкости конденсатора. Общее определение емкости гласит, что она равна отношению заряда, запасенного на одной из пластин конденсатора, к напряжению, полученному между пластинами. Причем емкость является величиной постоянной и зависящей только от конструкции конденсатора.
5
Таким образом, при увеличении заряда на обкладках увеличивается и напряжение, а емкость остается постоянной. Используя понятие емкости и заряда обкладок, можно определить энергию поля конденсатора как отношение квадрата заряда на одной из пластин к удвоенному значению емкости конденсатора. Это значит, что есть два способа изменить энергию конденсатора: изменяя емкость и изменяя заряд пластин. Первый способ связан с изменением самой конструкции конденсатора: можно увеличить площадь пластин или уменьшить расстояние между пластинами. Второй способ является более очевидным, ведь вполне естественно, что если увеличивать заряд пластин, то увеличится и запасенная в конденсаторе энергия.

Совет 2: Что такое заряд конденсатора

Конденсатор представляется собой элемент электрической цепи, позволяющий скапливать электрические заряды. Электрическими зарядами при этом являются, как правило, электроны.

Процесс заряда конденсатора



Конденсатор способен скапливать электрическую энергию посредством накопления заряженных частиц на своих пластинах. Таким образом, внутри конденсатора возникает электрическое поле определенной напряженности. Представьте себе устройство классического конденсатора, содержащего в себе две плоскопараллельные пластины. К каждой пластине конденсатора прилагается электрический потенциал. Потенциалы каждой обкладки конденсатора имеют противоположный знак. Практически такой случай соответствует подключению конденсатора к гальваническому элементу.

Заряженные частицы, находящиеся на отрицательном полюсе гальванического элемента, перетекают на одну из пластин конденсатора. Таким образом, другая пластина оказывается заряженной противоположным знаком. Это создает электрическое поле внутри устройства конденсатора. Процесс заряда продолжается до тех пор, пока напряжение между пластинами не станет равным напряжению гальванического элемента.

Как правило, внутри конденсатора помещается диэлектрическое вещество, так что полная величина напряжения между обкладками конденсатора складывается из внешнего прилагаемого напряжения и внутреннего напряжения, образованного полярными частицами вещества диэлектрика.

Величина заряда конденсатора



Итак, каждую из пластин конденсатора занимает определенное количество заряженных частиц. Так как пластины являются металлическим веществом, то свободными носителями заряда могут являться только электроны. Следовательно, только на одной из пластин скапливаются заряженные частицы в виде электронов, а на другой формируется их избыток, создавая некий положительный заряд.

Таким образом, полный заряд конденсатора можно определить как полный заряд всех электронов одной из пластин. Данную величину можно вычислить, зная величину емкости конденсатора. В таком случае величина заряда конденсатора будет равна произведению емкости и напряжению между пластинами.

Емкость конденсатора является величиной постоянной, зависящей только от его конфигурации, потому полный заряд конденсатора будет зависеть только от величины напряжения. Однако есть способ увеличить заряд конденсатора одновременно двумя способами, уменьшая расстояние между плаcтинами.

Таким способом можно добиться как увеличение емкости конденсатора, так и увеличение напряжения на нем. Именно поэтому величину расстояния между пластинами стараются при изготовлении делать минимальной.
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500