накопления электрического заряда.

Задачи для самостоятельного решения.

1. На конденсаторе написано: 100 пФ; 300 В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50 нКл?

2. Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения на нём в 4 раза?

3. Ёмкость первого конденсатора в 9 раз больше ёмкости второго конденсатора, а напряжение на первом конденсаторе в два раз меньше, чем на втором. Во сколько раз различаются энергии? Примечание: делить надо, конечно же, большее на меньшее!

4. Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?

5. При увеличении напряжения, поданного на конденсатор ёмкостью 20 мкФ, в 2 раза энергия поля конденсатора возросла на 0,3 Дж. Найти начальные значения напряжения и энергии поля.

6. При введении в пространство между пластинами воздушного конденсатора твёрдого диэлектрика напряжение на конденсаторе уменьшилось с 400 до 50 В. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?.

7. Плоский конденсатор с воздушным диэлектриком (ε = 1) зарядили до напряжения источника._Расстояние между пластинами плоского конденсатора увеличили в 3 раза. Во сколько раз изменился заряд и напряжение на пластинах этого конденсатора, если:

а) конденсатор предварительно отключили от источника;

б) конденсатор не отключали от источника?

Примечание:

Если конденсатор отключить от источника, то заряд его никуда деться не может, а если не отключать, то на нём напряжение измениться не может.

Ф8-фм Электроёмкость. Конденсатор. Памятка

Напомню – вещества и тела обладают свойствами, а из тех, которые вы уже знаете это:

- инертность – свойство сохранять скорость;

- жёсткость – свойство препятствовать деформации (пластичность – наоборот);

- теплоёмкость – свойство накапливать тепло;

- сопротивление – свойство препятствовать протеканию электрического тока;

- электрический заряд – свойство некоторых частиц взаимодействовать друг с другом.

Каждое свойство количественно оценивается соответствующей физической величиной. Электроёмкость – это тоже одно из свойств проводников.

Электроёмкость – это свойство проводников накапливать электрический заряд.

Для количественной оценки электрической ёмкости служит одноимённая физическая величина – электроёмкость. Единица электроёмкости – фарад (Ф). Свойство «электроёмкость» реализована в устройстве, которое называют конденсатор.

Конденсатор – это система проводников для

накопления электрического заряда.

Простейший конденсатор представляет собой две металлические пластины, разделённые диэлектриком (Рис.1).

Конденсаторы различаются

1) по типу диэлектрика: воздушные, бумажные, керамические, слюдяные, полистирольные, фторопластовые и т.д.;

2) по функционалу: постоянной ёмкости, переменной ёмкости;

3) по конструкции: пластинчатые, трубчатые, многослойные и т.д. (Рис.2):

Если подключить конденсатор к источнику питания постоянного тока, то он зарядится до напряжения источника. Заряд, напряжение и электроёмкость конденсатора связаны простым соотношением:

q = C·U.

Из этого уравнения следует, что заряд прямо пропорционален напряжению. Как и любое свойство, электроёмкость конденсатора зависит:

1) от размеров (S – площадь взаимного перекрытия пластин, d – расстояние между пластинами);

2) от рода диэлектрика.

Рис.1

Диэлектрик характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε, которая показывает, во сколько раз ослабляется поле в диэлектрике по сравнению с вакуумом. С учётом этого можно записать формулу для расчёта электроёмкости:

где ε₀ = 8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная вакуума.

На каждом конденсаторе написаны его электроёмкость и максимально допустимое рабочее напряжение. Превышение этого напряжения приводит к пробою диэлектрика и даже взрыву.
Если заряженный конденсатор подключить к резистору, то конденсатор разрядится через резистор, т.е. по резистору протечёт ток разряда. Резистор при этом нагреется, т.е. на нём выделится некоторое количество теплоты, которое будет равно энергии заряженного конденсатора. Для расчёта энергии заряженного конденсатора используют формулу:

Конденсаторы широко применяются в электротехнике и радиотехнике для накопления заряда, для осуществления колебательных процессов и многое другое, что требует особого рассмотрения. Проще всего понять, как используется конденсатор в лампе-вспышке. Сначала конденсатор достаточно медленно заряжают от источника высокого напряжения (300 – 400)В, а потом замыкают на лампу-вспышку, через которую он разряжается очень быстро, и импульс света получается коротким и мощным, что и необходимо при фотосъёмке.

Примеры решения задач.

На конденсаторе написано: 0,22 мкФ, 250 В. Какой максимально возможный заряд можно накопить на конденсаторе и какая при этом будет энергия конденсатора?