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.
Как найти напряжение между пластинами конденсатора
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.
Обратите внимание
Для получения корректных результатов при вычислении напряжений между обкладками конденсаторов, перед проведением расчетов приводите значения всех параметров в систему СИ.

Совет 2: 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.
Как найти электрический заряд
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 3: 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.
Как найти емкость плоского конденсатора
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 полезен?
Поиск
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500