Eksperimenti sa kondenzatorima su naučni i tehnički centar za mlade. Kratka teorija

Nedavno smo saznali i sada se zauzeti kondenzatori.

Kondenzator  je uređaj za akumuliranje punjenja i energije električno polje  . Strukturno to je "sendvič" napravljen od dva provodnika i dielektrika, koji može biti vakuum, gas, tečnost, organska ili neorganska čvrsta supstanca. Prvi domaći kondenzatori (staklene tegle sa pucnjavom, zalijepljeni folijom) izrađeni su 1752. godine od strane M. Lomonosova i G. Rikhmana.

Šta može biti zanimljivo u kondenzatoru? Počevši da radim na ovom članku, pomislio sam da mogu sakupiti i sumirati sve o ovom primitivnom detalju. Ali, pošto smo se upoznali sa kondenzatorom, iznenadio sam se što sam shvatio da je nemoguće reći ovde sto stotinu svih misterija i čuda koje su sakrivene u njemu ...

Kondenzator za više od 250 godina, ali on nema namjeru da postane zastarjela .. Osim toga, 1 kg "običnih jednostavnih kondenzator" prodavnicama manje energije od kilogram baterija ili ćelija goriva, ali je u stanju da brže nego što joj dati, dok je u razvoju više snage. - Sa brzim pražnjenjem kondenzatora, moguće je ostvariti impuls visokog kapaciteta, na primjer, u blicevima, impulsnim laserima sa optičkom pumpom i kolajderima. Postoje kondenzatori u skoro svakom instrumentu, tako da ako nemate nove kondenzatore, možete ih odvoditi odavde za eksperimente.

Kapacitet punjenja  je apsolutna vrijednost punjenja jedne od njegovih ploča. Izmeren je u koulombima i proporcionalan je broju nepotrebnih (-) ili nedostajućih (+) elektrona. Da biste prikupili naplatu u 1 privjesak, potrebno je 6241509647120420000 elektron. U vodoničnom balonu, veličina glavčice je približno iste.

U optužen dirigent optužbama pokušava da se raziđu jedni od drugih koliko je to moguće, i zbog toga nisu u debljini kondenzatora, a površinski sloj metala, kao što su film benzina na površini vode. Ako dva provodnika formiraju kondenzator, onda se ti višak troškova sakuplja suprotno jedni drugima. Pošto je skoro sva električna polja kondenzatora koncentrisana između njegovih ploča.

Na svakoj ploči, troškovi se distribuiraju tako da budu van suseda. I oni su se vrlo prostran: klima kondenzator sa udaljenost između ploča od 1 mm, koji je optužen za 120 V, prosječna udaljenost između elektrona je više od 400 nanometara, što je hiljadu puta veća od udaljenosti između atoma (0.1-0.3 nm), i to znači da milioni površinskih atoma imaju samo jedan dodatni (ili nedostajući) elektron.

Ako je smanjiti rastojanje  između ploča, onda će se snage privlačnosti povećati, a sa istim naponom, punjenja na pločama će moći da se "gube" duže. Kapacitet će se povećati kondenzator. Takođe je i nesumnjivo profesor Univerziteta Leiden van Mushenbrock. Zamijenio je bocu debelog zida prvog kondenzatora na svijetu (stvorio njemački sveštenik von Kleist 1745) sa tankom staklenom posudom. Stavio je i dodirnuo ga, a nakon dva dana kasnije ponovo je saznao da se ne slaže da ponovi ovo iskustvo, čak i ako je to obećalo francusko kraljevstvo.

Ako stavimo dielektrik između ploča, oni ga polarizuju, odnosno privlače različite troškove iz kojih se sastoji. Ovo će imati isti efekat kao i da su ploče bile bliske. Dielektrik sa visokom relativnom dozvoljenošću može se smatrati dobrim prenosnikom električnog polja. Međutim, nijedan transporter nije idealan, pa bez obzira na to koliko je dijagnostik dodan već već postojeći, kapacitivnost kondenzatora će se samo smanjiti. Povećanje kapaciteta je moguće samo ako dodate dielektrik (ili još bolje - provodnik) umjesto  već dostupni, ali poseduju manji ε.

U dielektriji gotovo nema besplatnih troškova. Svi su fiksirani ili u kristalnoj rešetki, ili u molekulima - polarnim (predstavljaju dipole) ili ne. Ako je vanjski polje nije prisutno, dielektrična unpolarized, dipoli i besplatan naknada i dielektrik razbacane nasumično sebe na terenu nisu dozvoljeni. u električnom polju je polarizovano: dipole su orijentisane duž polja. Pošto ima mnogo molekulskih dipola, kada su orijentisane, prednosti i slabosti susjednih dipola unutar dielektrika nadoknađuju jedni druge. Samo površinski naplati ostaju nekompenzirani - na jednoj površini - jednoj, sa druge - na drugoj. Oslobođeni troškovi u vanjskom polju takođe se odvajaju i odvajaju.

U ovom slučaju različiti procesi polarizacije se javljaju različitim brzinama. To je jedna stvar - raseljavanje elektrona granata, koja se javlja gotovo trenutno, i još jedna stvar - rotacije molekula, a posebno veliki, treći - migracija besplatno optužbi. Poslednja dva procesa, očigledno, zavise od temperature, a tečnosti idu mnogo brže nego u čvrstim materijama. Ako se dielektrički zagreje, dipole se rotiraju i migracija punjenja ubrzava. Ako je polje isključeno, depolarizacija dielektrika se ne pojavljuje trenutno. Ostaje na polarizovanom vremenu, sve dok termalni pokret ne raspršuje molekule u početno haotično stanje. Prema tome, za kondenzatore gde se polaritet prebacuje sa visokom frekvencijom, pogodni su nepolarni dielektriji: fluoroplastični, polipropilen.

Ako rastavite tereti kondenzator, a zatim prikupiti (plastične pincete), energija ne ide nigdje, a LED će treptati. Čak i treperi ako ga povežete sa kondenzatorom u rastavljenom stanju. To je razumljivo - na demontažu akcijom ploče je i dalje tu, a napon se povećava čak i kapacitet je smanjen i sada postava veoma pucanja optužbi. Čekaj, kako napreduje ova tenzija, jer će onda energija rasti? Tako je, informisali smo sistem mehaničke energije, prevazišući Coulomb privlačnost ploča. Zapravo, ovu funkciju i elektrifikaciju od trenja - uhvatiti elektrona na udaljenosti reda veličine atoma, i povucite na makroskopskom udaljenosti, čime se povećava napon od nekoliko volti (napon u takvim hemijske veze) za desetine i stotine hiljada volti. Sada je razumljivo zašto sintetička jakna nije šokirana kada se nosi, ali samo kada ga skinete? Čekaj, zašto ne do milijardi? Decimetar je milijardu puta veći od anđela, na kome smo izvukli elektrone? Zato što je rad na prenosu naelektrisanja u električnom polju jednak integralnom Eq-u preko d, a ovaj E sam se slabi kvadratično. A ako sve decimetarske između jaknu i nos je bio isti kao polje unutar molekule, to će kliknite na nosu i milijardu volti.

Hajde da proverimo ovu pojavu - povećanje napona kada se kondenzator napuni - eksperimentalno. Napisao sam jednostavan programVizuelno Osnovno da primi podatke od našeg kontrolora PMK018 i izlazi na ekran. Uopšteno, uzimamo dve 200x150 mm pločice tekstolita, prekrivene folijom sa jedne strane i spajanjem ožičenja do mernog modula. Onda stavimo jedan od njih izolator - list papira - i pokrijemo sa drugom pločom. Ploče naslanjati labavo, pa ih daje vrhunske tijelo olovke (ako pritisnete strane, možete stvoriti smetnje).

Merni krug je jednostavan: potenciometarR1 postavlja napon (u našem slučaju to je 3 volti) koji se primenjuje na kondenzator, i dugmeS1 služi za podmazivanje kondenzatora ili ne za snabdevanje.

Dakle, kliknite i pustite dugme - videćemo grafik prikazan sa leve strane. Kondenzator se brzo ispušta kroz ulaz osciloskopa. Sada ćemo pokušati da olakšamo pritisak na pločama tokom pražnjenja - videćemo maksimalni napon na grafikonu (desno). Ovo je samo željeni efekat. Istovremeno, rastojanje između ploča kondenzatora se povećava, kapacitivnost pada i kondenzator počinje da puni još brže.

Tada sam ozbiljno razmišljala .. mislim da smo na pragu velikog pronalaska ... Na kraju krajeva, ako se poveća napon na širenje ploča i punjenje ostaje isti, možemo zapravo uzeti dva kondenzatora, jedan pritisak na svoje ploče, a na mjestu maksimalnog odvajanja prebacite punjenje na stacionarni kondenzator. Zatim vratite ploče do mesta i ponovite na isti način, gurajući drugi kondenzator. Teoretski, napon na oba kondenzatora će rasti sa svakim ciklusom određeni broj puta. Odlična ideja za električni generator! Biće moguće kreirati nove projekte za vjetrenjače, turbine i sve to! Dakle, u redu je ... za pogodnost, možete sve ovo staviti na dva diska koja se rotiraju u suprotnim pravcima .... Oh, šta je ovo ... ugh, ovo je školska elektro-magla mašina! :(

Kao generator, nije se usmjerio, jer je nepovoljno riješiti takve vrste. Ali u nanoznanstvu sve se može promeniti. Magnetic pojave u nanostrukturama je mnogo slabiji nego električni i električnog polja tamo, kao što smo vidjeli, to je ogroman, tako da je molekularna elektrostatički stroj može biti vrlo popularna.

Kondenzator kao čuvar energije

Uverite se da najmanji kondenzator veoma lako čuva energiju. Za ovo nam treba transparentan lED  crveno svjetlo i konstantni izvori struje (baterija od 9 volti će raditi, ali ako je nominalni napon kondenzatora omogućen, bolje je uzeti više). Iskustvo je da napunite kondenzator, a zatim priključite LED na njega (ne zaboravite na polaritet), i gledajte kako trepće. U tamnoj sobi, blic je vidljiv, čak i od kondenzatora u desetinama picofaradova. Stotinak miliona elektrona emituje stotinu miliona fotona. Međutim, ovo nije granica, jer ljudsko oko može primetiti mnogo slabije svetlo. Ja jednostavno nisam našao još manje prostranih kondenzatora. Ako je nalog je otišao na hiljade microfarads, imajte milosti prema LED, ali umjesto toga kratkog spoja kondenzatora na metalni predmet da vidi iskru - jasan dokaz prisutnosti u kondenzator energije.

Energija naplaćuje kondenzator se ponaša više kao potencijalni mehaničke energije - energija komprimiranu proleća, podigao opterećenja ili visina rezervoara glave vodom (zavojnice snage, naprotiv, je slično kinetičke). Sposobnost kondenzatora za skladištenje energije dugo se koristi da bi se obezbedio kontinuirani rad uređaja sa kratkoročnim padom napajanja napajanja - od sati do tramvaja.

Kondenzator se takođe koristi za akumuliranje "gotovo večne" energije generisane zupčavanjem, vibracijom, zvukom, otkrivanjem radio talasa ili zračenjem električne mreže. Malo po mjeri, akumulirana energija iz takvih slabih izvora dugo vremena omogućava tijekom rada bežične senzore i druge elektronske uređaje. Ovaj princip zasnovan je na večitoj "prstnoj" bateriji za uređaje sa skromnom potrošnjom energije (kao što su TV daljinski upravljači). U slučaju da je kondenzator 500 i oscilator mf., Čemu njegova kada vibracije s frekvencijom od 4-8 Hz neopravdano kapaciteta od 10 do 180 mW. Generatori su razvijeni na osnovu piezoelektrični nanoprovodkov sposoban usmjeravanja energije u kondenzator slabih vibracija kao što su otkucaji srca, počinje đonova na terenu, i tehničke opreme vibracija.

Još jedan izvor slobodne energije je inhibicija. Obično, kada vozilo koči, energija ide u toplotu i, konačno, može se sačuvati i onda se koristi za overkloking. Ovaj problem je naročito akutan za javni prevoz, koji usporava i ubrzava na svakoj stanici, što dovodi do značajne potrošnje goriva i zagađenja atmosfere izduvnim gasom. U regiji Saratov u 2010. godini "Elton" stvorio "Ekobus" - eksperimentalni autobus s neobičnim električnim "motor-točka" i superkondenzatorima - diskova kočnica energije, smanjenje potrošnje energije za 40%. U njemu se koriste materijali razvijeni u projektu "Energia-Buran", posebno ugljenična folija. Generalno, zahvaljujući naučnoj školi osnovanoj u SSSR-u, Rusija je jedna od svjetskih lidera u oblasti razvoja i proizvodnje elektrokemijskih kondenzatora. Na primer, Eltonovi proizvodi su izvezeni iz inostranstva od 1998. godine, a nedavno je proizvodnja ovih proizvoda pod licencom ruske kompanije počela u Sjedinjenim Državama.

Kapacitet jednog modernog kondenzatora (2 farads, fotografija sa leve strane) je hiljadama puta veći od kapaciteta čitavog sveta. U mogućnosti su da skladište električni punjač u 40 privezaka!

oni se obično koriste u automobilu audio sistema, kako bi se smanjio vršno opterećenje na ožičenja vozila (u trenucima snažan bas udaraca) i zbog velikog kondenzator kapacitivnosti za suzbijanje visoke frekvencije buke u svim mreže na ploči.

Ali sovjetski "Deda surla" za elektrone (na slici desno) nije tako prostran, ali izdržati napon od 40.000 volti (obratite pažnju na porculan kup za zaštitu svih onih volti kratkog spoja kondenzatora). Ovo je odlično za "elektromagnetskog bomba", u kojem se kondenzator isprazni do bakrene cijevi, što je u isto vrijeme se komprimirani izvana od eksplozije. Ispostavlja se veoma snažan elektromagnetski impuls koji onemogućava radio opremu. Inače, nuklearna eksplozija, za razliku od konvencionalnih, također stoji elektromagnetskog pulsa da ponovo naglašava sličnost jezgra kondenzator urana. Inače, takav kondenzator može biti direktno napunjen statičkim elektricitetom od češljaja, ali naravno, potrebno je puno vremena da se napuni do potpunog napona. Ali biće moguće ponoviti tužno iskustvo Van Mushenbrock-a u vrlo oštroj verziji.

Ako samo kosite kose na pero (češlje, balon, sintetičko donje rublje, itd.), Onda LED dioda ne pali. To je zbog toga što se višak (oduzeto od kose) elektrona zaglavi svaki u svojoj tački na površini plastike. Zbog toga, čak i ako dobijemo LED diode na neki elektron, drugi neće moći da žure nakon toga i stvore struju neophodnu za golim okom LED-a. Još jedna stvar, ako prenosite punjenja iz olovke u kondenzator. Da biste to uradili, uzmite kondenzator u jedan izlaz i obrišite olovku olovkom, pa onda oko kose, zatim oko slobodnog izlaza kondenzatora. Zašto ga rub? Da maksimalizujete žetvu elektrona sa cele površine ručke! Ponovite ovaj ciklus nekoliko puta i povežite LED na kondenzator. Trepće, i samo ako se posmatra polaritet. Tako je kondenzator postao most između svetova "statičkog" i "običnog" struje :)

Uzela sam visokonaponski kondenzator za ovaj eksperiment, strahujući od slomljenja niskog napona, ali ispalo je da je to nepotrebna mera predostrožnosti. Kada je punjenje ograničeno, napon preko kondenzatora može biti mnogo manji od napona napajanja. Kondenzator može pretvoriti veliki napon u malu. Na primer, statička elektrana visokog napona - u uobičajenom stanju. U stvari, postoji li razlika: da li je kondenzator napunjen sa jednim mikrokoulbom iz izvora od 1 V ili 1000 V? Ako je ovaj kondenzator tako prostran da napon od 1 μC na njemu ne povećava napon iznad napona jednosonaponskog napajanja (tj. Njegov kapacitet je iznad 1 μF), onda nema razlike. Samo ako ne ograničavate prinudne priveske, onda iz izvora visokog napona žele više da trče. Da, i termička snaga dodeljena terminalu kondenzatora će biti veća (a količina toplote je ista, ona će se jednostavno puštati brže, zato je snaga veća).

Uopšteno, očigledno je da za ovaj eksperiment odgovara svaki kondenzator kapaciteta ne više od 100 nF. Moguće je i više, ali će potrajati dugo vremena da napuni dovoljno energije za LED napon. Ali ako su struje curenja u kondenzatoru male, LED će ostati duže. Može se smatrati stvaranjem na ovom principu uređaja za ponovno punjenje mobilnog telefona od trljanja u kosi tokom razgovora :)

Odličan visokonaponski kondenzator je odvijač. Istovremeno, njena ručka služi kao dielektrik, a metalna šipka i ljudska ruka su obloženi. Znamo da olovka olovena kosom privlači opekotine papira. Ako trljaš šrafciger na kosi, neće raditi - metal ne može da uzme elektrone od proteina - nije privukao papir, nije. Ali, ako, kao iu prethodnom eksperimentu, trljajte ga napunjenim peresom - odvijač, zbog niskog kapaciteta, brzo se napuni do visokog napona i papir počinje da privlači na njega.

LED je osvetljen od odvijača. Na fotografiji, nemoguće je uhvatiti kratki blic njegovog blica. Ali - zapamtite osobine eksponenta - izumiranje blica traje dugo (prema standardima zatvarača kamere). A sada smo bili svedoci jedinstvenog jezičko-optičko-matematičkog fenomena: izlagač je izlagao istu matricu kamere!

Međutim, zašto takve poteškoće - postoji isti video. Pokazuje da LED svetli svetlo:

Kada se kondenzatori napune na visoke napone, efekat ivice, koji se sastoji od sledećeg, počinje da igra svoju ulogu. Ako je dielektrik nalazi između elektroda vazduh i da ih postupno podizanje napona, napon na određene vrijednosti na rubu elektrode javlja tihi pražnjenja, je otkrio karakterističan zvuk i sjaj u mraku. Kritični napon ovisi o debljini ploče, rub vida, tip i debljina dielektrika i tako dalje. Dielektrična je deblji, veći Kr. Na primer, dielektrična konstanta dielektrika je veća, što je niža. Kako bi smanjili rub efekt rub elektrode ugrađene u dielektrična sa visokim dielektrične čvrstoće, zgusnuti brtve izolator na rubovima zaokružuju rubovima ploča, stvarajući na rubu ploče zonu sa postupno pada napona što ivica elektrode visoke otpornosti materijala, smanjenje napon po jednom kondenzatorom tako što ga razbije na nekoliko uzastopnih.

Zato su osnivači elektrostatike voleli da je na kraju elektroda bilo lopti. Ovo se ispostavilo, nije čip dizajnera, već način da se tok punjenja umanji u zrak. Nema kuda drugde. Ako je smanjena krivina neke površine na površini lopte, curvatura susednih sekcija će se neizbežno povećati. I ovde, očigledno, u našim elektrostatičkim slučajevima je važna prosječna i maksimalna krivina površine, što je minimalno, naravno, za lopticu.

Hmm .. ali ako je kapacitet tela sposobnost akumulacije punjenja, onda je verovatno vrlo različita za pozitivne i negativne optužbe .... Zamislite sferični kondenzator u vakuumu ... Od srca da to negativno punjenje, ne štedeći elektrane i gigavat-sati (to je ono dobro misaoni eksperiment!) ... ali u nekom trenutku će višak elektrona biti na ovom loptu toliko da oni jednostavno počnu da rasipa na sve vakum, samo da ne budem u takvom elektronegativnom skučenom prostoru. Ali sa pozitivnim nabojem to se neće dogoditi - elektroni, bez obzira na to koliko njih malo ostaju, nigde od kristalne rešetke kondenzatora neće odleteti.

Šta se ispostavlja, pozitivan kapacitet je svakako mnogo negativniji? Ne! Jer elektroni postoje, u stvari, nije bilo naše samopovlađivanje, a za povezivanje atoma, i bez znatne udio od njih, Coulomb odbijanja pozitivnih jona kristalne rešetke će se širiti odmah na prašinu je oklopna kondenzator :)

U stvari, bez sekundarne elektrode, kapacitivnost "usamljeni polovice" kondenzatora je vrlo mala: električni kapacitet usamljeni komad žice promjera 2 mm i 1 m dužine je oko 10 pF, a čitav globus - 700 microfarads.

Moguće je izgraditi apsolutni standard kapaciteta, računajući njegov kapacitet fizičkim formulama na osnovu preciznih merenja dimenzija ploča. Tako se pravi najtačniji kondenzatori u našoj zemlji, koji su na dva mesta. Državni standardGET 107-77   je u FGUP SNIIM   i sastoji se od 4-podržani koaksijalni cilindrični kondenzatori, kapacitivnost koji se obračunava sa visokom preciznošću od brzine svjetlosti i dužinu i učestalost jedinice, ali i visoke frekvencije kapacitivni komparator koji poredi kontejner donosi dokazuje kondenzator sa referentnim (10 pF) sa greškom manjom od 0 , 01% u frekvencijskom opsegu 1-100 MHz (fotografija levo).

U elektroenergetici, prvi u svetu koji koristi kondenzator Pavel Nikolayevich Yablochkov 1877. godine. On je pojednostavio i istovremeno poboljšao Lomonosovove kondenzatore, zamenivši snimak i foliju tečnom i paralelno povezujući banke. On poseduje ne samo pronalazak inovativnih lučnih luča koji su osvojili Evropu, već i veliki broj patenata vezanih za kondenzatore. Pokušajmo da sastavimo kondenzator Yablochkov, koristeći slanu vodu kao provodnu tečnost, a kao teglu - staklenu posudu povrća. Kapacitet je bio 0.442 nF. Zamijenite posudu plastičnom vrećom koja ima veliku površinu i mnogo puta manje debljine - kapacitet će se povećati na 85,7 nF. (Prvo, popunite torbu vodom i proverite da li postoje struje curenja!) Kondenzator radi - čak vam omogućava da treperite LED! Takođe uspješno vrši svoje funkcije u elektronskim kolima

Metalne elektrode može biti čvrsto oko dielektrika, u kojem je potrebno izbjeći uvođenje između elektrode i dielektrik ljepilo agent, što bi izazvalo dodatne gubitke u izmjenične struje. Stoga, uglavnom metal, hemijski ili mehanički odložen na dielektriku (staklo) ili gusto pritisnut na njega (sljunka) koristi se kao obloge.

Električna kapacitivnost provodnika je fizička količina koja je numerički jednaka odnosu zarade prijavljenom provodniku do njegovog potencijala :,

gde je C električni kapacitet provodnika, q je količina električne energije (punjenja), a j je potencijal. Električni kapacitet je karakteristika samog provodnika i zavisi od njegovog oblika i dimenzija. Geometrijski, takvi provodnici imaju kapacitete koji su direktno proporcionalni njihovim linearnim dimenzijama. Kapacitet je direktno proporcionalan dielektričnoj konstanti medijuma koji okružuje provodnik. Nijedan od materijala provodnika niti prisustvo šupljina unutar provodnika zavisi od kapaciteta. Ovo je zbog činjenice da se punjenja distribuiraju samo na vanjskoj površini provodnika.

Jedinica električnog kapaciteta u SI usvojene farad - dirigent kapaciteta imaju potencijal da volt zadužen prilikom izvještavanja njegov sam privjesak, to jest,

Ako u blizini provodnika postoje i druga tijela, onda će njegov električni kapacitet biti veći od one istog, ali ujednačenog provodnika.

Sistem dva provodnika koji imaju takav oblik i takav položaj u odnosu na jedni druge da se električno polje koje proizvodi ih kada prijave suprotnog i identične optužbe modulu gotovo u potpunosti koncentriranim therebetween se zove kondenzator. Kapacitet kondenzatora određuje odnos:

gde je q punjenje jedne od ploča kondenzatora, potencijalna razlika ili napon između ploča kondenzatora.

a) razmislite o ravnom kondenzatoru:

Označite potencijalnu razliku između kondenzatorskih ploča

Zatim iz definicije električnog kapaciteta sledi :.

Snaga polja između ploča ravnog kondenzatora kreirana je sa dve ploče i jednaka je:

Izračunajte potencijalnu razliku između ploča ravnog kondenzatora:

Konačno, dobijamo formulu za kapacitivnost ravnog kondenzatora: .

b) uzeti u obzir cilindrični kondenzator (polje između ploča ovakvog kondenzatora ima cilindričnu simetriju)

Spoljna linija unutar kondenzatora polja ne stvara.

Jačina polja unutar kondenzatora stvara se naponom na unutrašnjoj ploči i jednaka je:

; ;

Potom je potencijalna razlika na pločama cilindričnog kondenzatora:

Shodno tome, električna kapacitivnost cilindričnog kondenzatora: .

c) uzeti u obzir sferni kondenzator (polje između ploča takvog kondenzatora ima sferičnu simetriju).

Jačina polja unutar kondenzatora stvara se naponom na unutrašnjoj sferičnoj ploči i jednaka je :.

Potom se potencijalna razlika na pločama sferičnog kondenzatora:

Shodno tome, električna kapacitivnost sferičnog kondenzatora je: .

Balistički galvanometar je uređaj za merenje malih brzih količina električne energije (punjenja). Njegov uređaj poklapa sa uređajem normalnog sistema uređaja magnetoelektrični, ali pokretni okvir ima veliki moment inercije, i dok teče kroz kratki puls okvira na njemu djeluje moment sile proporcionalna intenzitet struje kroz okvir: M ~ I (u ovom trenutku struje mora biti mnogo manje od perioda oscilacija samog okvira). Prema osnovnim jednačina dinamike rotacionog kretanja: ali od tada je emergije okvira će biti proporcionalna sastavni tekuće u odnosu na vrijeme, odnosno, broj proteklo nakon kutije punjenja: ~ q, gdje je: I- moment inercije okvira, w- svoje ugaone brzine.

Prvi većina galvanometar otklon je proporcionalna maksimalno ugaone brzine okvira na početku pokreta, iz zakona o održanju mehaničke energije:   , gde: k - konstantni koeficijent, j max - ugao maksimalnog odstupanja okvira.

Shodno tome, najveća devijacija strelice galvanometra je n ~ j max ~ w max ~ q ili, gdje: A je balistička konstanta galvanometra.

Da bi se utvrdila balistički galvanometar prolazi kroz konstantnu poznati punjenja, na primjer, se ispušta kroz galvanometar poznat kondenzator kapacitivnosti na teret potencijalna razlika U i odrediti otklon od galvanometar (n broj podjela na skali). Balistička konstanta je jednaka u ovom slučaju: .

Prilagođavanje

  Voltmetarski prekidač napona

C md C 1 C 2 3

Slika 1. Izgled laboratorijske postolje.

PAŽNJA! Stojalo se napaja iz 12-voltnog DC izvora. Sklopljeno kolo mora proveriti nastavnik ili laboratorijski tehničar, nakon čega se može uključiti izvor napona. Ako rad koristi galvanometar sa indikacijom svetlosti, on će biti priključen na mrežu 220 V i njen ulaz na priključke 2 na postolju (pogledajte sliku I).

Postupak za obavljanje posla i obrada rezultata merenja:

1. Nakon pregleda laboratorija klupi prikupljeni krug uzorak na povezivanju preko priključnih žica na terminale kondenzatora 3 poznate kapaciteta, dostupan na štandu (stezaljke C keV).

2 . Postavljanjem prekidača u lijevu poziciju (kondenzator se puni), napon se primjenjuje na kondenzator pomoću potenciometra. Napon se meri voltmetrom.

3 . Postavljanjem udesno (kondenzator se isprazni do galvanometar) posmatra ugiba galvanometar i mjerenje prvi maksimalno odstupanje. Rezultati su prikazani u Tabeli 1.

4 . Eksperiment se ponavlja 10 puta, menjajući napon preko kondenzatora u rasponu od 1-10 volti.

5 . Na temelju mjerenja za izgradnju krivulje kalibracije iscrtavanjem na apscisi ugiba galvanometar n, a ordinata osi - iznos naknade q.

6 . Povežite kondenzator nepoznatog kapaciteta C 1 sa terminalima 3 i izvršite radnje navedene u tačkama 1-3 za tri različita napona. Rezultati su prikazani u Tabeli 2.

7 . Iste akcije se ponavljaju sa drugim kondenzatorom nepoznatog kapaciteta C 2.

8 . Merenje se vrši za serijsko, a zatim paralelno povezivanje kondenzatora C 1 i C 2. Sva mjerenja bodova 6, 7, 8 se ponavlja W puta (za tri različite vrijednosti napona U, tako da daju dovoljno veliki odstupanje galvanometar igle, ali u krivu kalibracije).

9 . Prema indikacijama galvanometra dobijenih u eksperimentima sa kondenzatorima nepoznatih kapaciteta, njihova naboj q i određuje se iz kalibracionog grafikona. Vrednost nepoznatog kapaciteta se nalazi po formuli i uneta u tabeli 2.

10 . Za svaki slučaj, prosečna kapacitivnost je pronađena:   i greška korena-srednja-kvadratna za njegovo merenje:

Test pitanja:

1. Izlaz formule za kapacitivnost paralelnog i serijskog povezivanja kondenzatora.

2. Šta treba povezati okvir prirodni period galvanometar i protok punjenja na galvanometar je proporcionalan količini od procurila punjenja?

3. Kondenzator vazduha je napunjen i isključen iz izvora. Kako i zašto će se razlika potencijala promeniti kada se uvede dielektrik između ploča?

4. Kondenzator vazduha je priključen na konstantni izvor napona. Da li će se energija na kondenzatoru promeniti nakon uvođenja dielektrika između ploča? Zašto?

5. Kondenzator sa dielektrom je napunjen i isključen iz izvora napona. Da li će rad izvoditi spoljašnje sile ako se dielektrički ukloni? Zašto?

Literatura:

1. I.V. Saveliev. Kurs fizike, Moskva: Nauka., 1973-2006.

2.T.I.Trofimova. Kurs fizike, M .: Visoka škola, 1985-2006.

3.N.A.Skorohvatov Predavanje o elektromagnetizmu, M .: MIIGAiK., 2006.

Laboratorijski rad № 204

KONTROLA PRAVILA KIRCHHOFA

Uređaji i pribor: laboratorijska instalacija sa sklopljenim razgranatim električnim sklopom i postoljem sa dva merna instrumenta (miliametar i voltmetar).

Svrha rada: 1) Uvod u jednu od glavnih metoda za izračunavanje struja i napona u razgranatim električnim krugovima. 2) Provjera pravila Kirchhoff po eksperimentalno određivanje struja i napona u EMF instalacija čije električno kolo je prikazan na slici 1a.

Hajde da razmotrimo na šta zavisi kapacitivnost kondenzatora.

Priključujemo ploče kondenzatora na elektrometar i napunimo pločicu A (slika 69, a). Uočavanja elektrometar za potencijalne razlike između kondenzator ploče, stavio therebetween dielektrična - ebonit list D. Vidimo da je potencijal razlika između ploča pala, a to znači da je električni kapacitet kondenzatora povećava. Postavljanje dielektrika između ploča sa različitom dozvoljenošću e (staklo, sljuda), otkrivamo da se kapacitivnost kondenzatora povećava s povećanjem dielektrične konstante.

Efekat dielektrika na kapacitivnost kondenzatora se javlja iz sljedećeg razloga. Jednom na terenu, dielektrična je polarizirani (sl. 69, b), sa svojim pozitivnim polarizacije zadužen nalazi na negativnih ploča je optužbe da je ekvivalentno smanjenju ovo drugo. To uzrokuje smanjenje potencijala ove ploče, a samim tim i povećanje njegovog električnog kapaciteta. Ista stvar se dešava sa pločicom B.

Počinjemo da približimo ploču B ploči A, time smanjujući debljinu l dielektrika (vazduha) između njih (vidi sliku 67). Vidimo da elektrometar pokazuje smanjenje potencijala ploče A. Shodno tome, kapacitivnost kondenzatora povećava se sa smanjenjem debljine dielektrika između ploča.

Za početak za kretanje ploča u odnosu na ploču A tako da udaljenost nije promijenio između njih (sl. 69 c), i da prošire svoje efektivna površina S, i.e. taj dio područja jedne ploče, protiv koje postoji drugi (sl. 69, d) . U ovom slučaju, elektrometar pokazuje smanjenje potencijalne razlike između ploča, a to znači sa povećanjem radne površine ploča, povećava se kapacitivnost kondenzatora.  To je zato što se sa većom površinom ploča na njima nalazi veći električni naboj za dato potencijalno razlikovanje.

Naći ćemo matematičku zavisnost električne kapacitivnosti ravnog kondenzatora na količinama koje utiču na njega. Za ovo, u formuli   mi zamenjujemo q i φ 2 - φ 1  izrazi koji uključuju količine koje utiču na kapacitivnost kondenzatora. Od formule gustine na površinskom punjenju, punjenje na kondenzatoru q = σS, i iz formule za odnos između napona (potencijalne razlike) i jačine φ 2 - φ 1 = El.

Evo, onda

Zamena q i φ 2 - φ 1  u formuli električnog kapaciteta

dobili smo formulu za kapacitivnost ravnog kondenzatora

Električni kapacitet ravnog kondenzatora je direktno proporcionalan sa površinom njegovih ploča, dielektričnom konstantom dielektrima i obratno proporcionalan rastojanju između ploča.  Iz formule ravnog kondenzatora izrazimo naziv električne konstante:

Da bi se napravio kondenzator većeg električnog kapaciteta, potrebne su dve velike ploče, što je u praksi neugodno. Da biste to izbegli, uzmite odgovarajuću količinu malih metalnih ploča i povežite ih u dve grupe koje se unose jedni druge i odvajaju se dielektrikom (sljunom), kao što je prikazano na Sl. 68, a. Sa ovom vezom, spoljašnje površine ekstremnih ploča su "neradne" - ne akumuliraju električnu energiju. Zajedno formiraju površinu jedne ploče, pa ako su sve ploče n, onda samo n-1  ploče. Formula za kapacitivnost takvog kondenzatora

Svaki kondenzator je ocenjen za određeni napon. Ako je između ploča viša od normalne, onda električno polje kondenzatora postaje tako visoko da počinje da razdvaja nezavisno naelektrisane čestice dielektričnih dipola jedni od drugih. Odvojene napunjene čestice neutrališu napajanje na kondenzatorskim pločama. Ova fenomena se zove slom  kondenzator. Napolju se manifestuje u obliku električnih varnica, klizanje između ploča. Nakon kvara, kondenzator postaje neupotrebljiv (osim za vazduh).

Kondenzator promenljivih električnih kapaciteta se sastoji od dva sistema aluminijumskih ploča u obliku polu-diskova (slika 70, a), izolovanih jedan od drugog od sloja vazduha. Jedan sistem ploča je stacioniran, drugi se može okrenuti na osi. Kada se ručica rotira, pokretne ploče ulaze između stacionarnih, od kojih se menja radna površina S, a samim tim i kapacitivnost kondenzatora. Da to potvrdimo iskustvom.

Pokretne ploče kondenzatora su povezane sa tijelom elektrometra. Punenjem stacionarnih ploča pomoću elektrificiranog štapa, počnite da rotirate pokretne ploče da biste promenili radnu površinu kondenzatora. Iz očitavanja elektrometra utvrdimo da su ploče raspoređene kao što je prikazano na Sl. 70b, kapacitivnost kondenzatora je najviša; Ako je tako, kako. na sl. 70, c, - srednji; ali ako, kao na Sl. 70, r, je najmanji. Kondenzatori promenljive snage proizvedeni su sa električnim kapacitetom od 30 do 650 pF.

Zadatak 21.  Ravni višeslojni kondenzator ima 500 ploča folije. Površina svake elektrode 31,4 cm 2, između njih je rastojanje 0.05 mm  i dielektrika s dielektričnošću od 5. Utvrdite kapacitivnost i napon kondenzatora, kao i jačinu električnog polja, ako je nakon punjenja napon između ploča bio 250 in.

Iz formule za kapacitivnost kondenzatora

njegovu optužbu q = CU; q = 1.39 * 10 -6 f * 250 v ≈ 3.5 * 10 -4 k.

Snaga polja kondenzatora E = U / l.

Ostavljanje: C = 1,39 μF; q ≈ 3.5 * 10 -4 k; E = 5 * 10 6 m / m.

Kondenzator se napaja magnetno-   polarizovanih elektrona

Ali ispostavlja se da se u određenim uslovima ravno kondenzator može napuniti ne samo konstantnim već i sa izmenjivim naponom. Štaviše, možemo je napuniti indukcijom. Ovo su u praksi pokazali kreatori slobodnih generatora energijeColer, Paul Baumann,   D. Smith  i drugi . Svi ovi načini punjenja ravnog kondenzatora zasnovani su na jednostavnoj činjenici da elektroni zadržavaju svoju magnetnu orijentaciju pod određenim uslovima, tj. oni postaju magnetski polarizovani. Nemački vojni inženjerColer bio je prvi koji je primetio ovu osobinu elektrona i koristio ga za izgradnju svog generatora slobodne energije. Nadalje, ovo otkriće je pokrivenoPaul Baumann  i staviti ga u osnovu njegovog generatora slobodne energije, Testatika. Kasnije, ova ideja je uključena u njegove generatore i američki pronalazač  Don Smith.

Do sada, ako ne grešim, niko nije dao logičko objašnjenje zašto se javlja napajanje ravnog kondenzatora koji se nalazi u izmeničnom elektromagnetnom polju. Rešavanje ovog problema pomaže razumevanju rada svih slobodnih generatora energije koji koriste ravnog kondenzatora da uklone slobodnu energiju.

Svi znaju struje Fooka ili "inercijske induktivne strujeprovodnici   kada se pirsing nit menjamagnetno polje . .. Foucault struje se javljaju pod dejstvom varijableelektromagnetno polje   i fizičke prirode se ne razlikuju od indukcijskih struja koje nastaju u linearnim žicama. Oni su vrtlog, tj. Zatvoreni su u prstenu."(Internet)

Uređaj Paul Bauman (Paul Baumann)

U svom demonstracija uređaja (slika 2) Paul Bauman je rekao da ako ćete shvatiti zašto u stanu kondenzatori koji se sastoji od bakra i aljuminevoj ploča, i stavio u magnetskom polju stalnog magneta kao što je prikazano na slici 2 - postoji visoki napon, onda ćete shvatiti kako upravlja svojim generatorom slobodne energije Test.

Visoke frekvencije energije tih optužbi induktivno odstraniti solenoida i čelika utikač i prenositi na visokonaponske kondenzatore (kao u statičkoj generatorWimshurst) .