Презентация на тему Электроемкость и конденсаторы

Разделы
- Электроемкость
- Конденсаторы и их типы
- Электроемкость плоского конденсатора
- Энергия заряженного конденсатора
- Энергия электрического поля
- Применение конденсаторов
- Единицы электроемкости

Электроемкость
При любом способе заряжения тел – с помощью трения, электростатической машины, гальванического элемента и т.д. – первоначально нейтральные тела заряжаются вследствие того, что некоторая часть заряженных частиц переходит от одного элемента к другому. Обычно этими частицами являются электроны.
При заряжении двух проводников, например от электростатической машины, один из них приобретает заряд +|q|, а другой -|q|. Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением напряжения электрическое поле между проводниками усиливаются.
В сильном электрическом поле (при большом напряжении) диэлектрик (например, воздух) становится проводящим. Наступает так называемый пробой диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, и они разряжаются. Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно на них накопить.
Электроёмкость - физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд.
Напряжение U между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках (на одном +|q|, а на другом -|q| ).

Электроемкость
Действительно, если заряды удвоить, то напряженность электрического поля станет в 2 раза больше, следовательно, в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда, т.е. в 2 раза увеличится напряжение. Поэтому, отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды.
Электроемкость двух проводников - отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:
Чем меньше напряжение U при сообщении проводникам зарядов +|q| и -|q|, тем больше электроемкость проводников. На проводниках можно накопить большие заряды, не вызывая пробоя диэлектрика. Но сама электроемкость не зависит ни от сообщенных проводникам зарядов, ни от возникающего напряжения.
Назад к разделам
Продолжить просмотр

Единицы электроемкости
Электроемкость двух проводников равна единице, если при сообщении им зарядов +1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В. Эту единицу называют фарад (Ф); 1Ф=1 Кл/В.
Из-за того что заряд в 1 Кл очень велик, емкость 1Ф очень велика. Поэтому на практике часто используют доли этой единицы:
микрофарад (мкФ) -10(-6)Ф и пикофарад (пФ) – 10(-12)Ф.
Назад к разделам
Продолжить просмотр

Конденсаторы и их типы
Конденсаторы - устройства, состоящее из двух изолированных друг от друга проводников, расположенных на близком расстоянии друг от друга. Проводники в этом случае называются обкладками конденсатора. Независимо от формы проводников их называют пластинами конденсатора.
Простейший конденсатор состоит из двух плоскопараллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то силовые линии электрического поля начинаются на положительно заряженной обкладке
Конденсатора и оканчиваются на отрицательно заряженной. Поэтому почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например к полюсам батареи аккумуляторов. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок.

Конденсаторы и их типы
Назад к разделам
Продолжить просмотр
В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство. Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого размера. В радиотехнике широко применяются конденсаторы переменной электроемкости. Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин,
которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом меняются площади перекрывающихся частей пластин и, следовательно, их электроемкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух. Увеличения электроемкости за счет уменьшения расстояния между обкладками достигают в электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит тонкая пленка оксидов,
покрывающих одну из обкладок (полосу фольги). Второй обкла - дкой служит бумага, пропитанная раствором электролита.

Электроемкость плоского конденсатора
Поле, создаваемое бесконечной заряженной проводящей пластиной с плотностью заряда s равно Е = s /(2 e 0 ).
Таким образом, если пренебречь краевыми эффектами,
поле между пластинами плоского конденсатора однородно. Точность этого
утверждения тем выше, чем больше размер пластин по сравнению с
расстоянием между ними. Пользуясь формулой U = Ed , получаем:
Так как | s | = q/S , где S - площадь пластины, то напряженность поля между пластинами равна:
Если приблизить друг к другу две проводящие пластины, размеры которых много больше расстояния между ними, и подключить их к источнику напряжения, то можно считать, что поле, создаваемое каждой из пластин, приближенно совпадает с полем бесконечной пластины. Тогда внутри получившегося плоского конденсатора (между пластинами) поле будет равно сумме полей, создаваемых каждой пластиной:

Электроемкость плоского конденсатора
Последовательное соединение конденсаторов:
Параллельное соединение конденсаторов:
Назад к разделам
Продолжить просмотр

Энергия заряженного конденсатора
Для того, чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии эта работа равна энергии конденсатора. В том, что заряженный конденсатор обладает энергией, можно убедиться, если разрядить его через цепь, содержащую лампу накаливания, рассчитанную на напряжение в несколько вольт. При разрядке конденсатора лампа
вспыхивает. Энергия конденсатора превращается в другие формы: тепловую, световую. Напряженность поля, созданного зарядом одной из пластин, равна E/2, где Е – напряженность поля в конденсаторе. В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины. Так как Ed=U, где U – разность потенциалов между обкладками конденсатора, то его энергия равна:
Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин вплотную.
Назад к разделам
Продолжить просмотр

Энергия электрического поля
Согласно теории близкодействия вся энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через основную характеристику поля – напряженность. Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна разности потенциалов (U=Ed), то согласно формуле:
энергия конденсатора прямо
пропорциональна напряженности
электрического поля внутри его.
Назад к разделам
Продолжить просмотр

Применение конденсаторов
Энергия конденсатора обычно не очень велика – не более сотен джоулей. К тому же она не сохраняется из-за неизбежной утечки заряда. Поэтому заряженные конденсаторы не могут заменить, например, аккумуляторы в качестве источников электрической энергии. Конденсаторы могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при зарядке через цепь малого сопротивления они отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство используют широко на практике. Лампа- вспышка, применяемая в фотографии, питается электрическим током разряда конденсатора, заряжаемого предварительно специальной батареей. Возбуждение квантовых источников света – лазеров осуществляется с помощью газоразрядной трубки, вспышка которой происходит при разрядке батареи конденсаторов большой электроемкости. Однако основное применение конденсаторы находят в радиотехнике…
Назад к разделам
Продолжить просмотр