- Изобразите плоский конденсатор и кратко опишите его работу.
Плоский конденсатор изображён на рис. 90.
Рис. 90. Плоский конденсатор.
Два параллелограмма изображают две плоские одинаковые параллельные пластины, выполненные из проводника.
S~- площадь одной поверхности одной пластины,
d~- расстояние между пластинами, пространство между пластинами (эти пластины иногда называют обкладками) заполнено диэлектриком.
При подключении плоского конденсатора к источнику напряжения его пластины заряжаются (становятся зарядами); причём их заряды равны по модулю и противоположны по знаку. При отключении конденсатора от источника напряжения пластины сохраняют приобретённый заряд долгое время. - Проиллюстрируйте формулой, что такое электроёмкость конденсатора.
C=\large \frac{q}{U};
где C~- электроёмкость конденсатора,
q~- заряд конденсатора (заряд первой пластины конденсатора (любую пластину конденсатора можно выбрать за первую)),
U~- напряжение между первой и второй пластинами этого конденсатора. - В чём измеряется электроёмкость в СИ? Объясните, что означает эта единица.
Электроёмкость в СИ измеряется в фарадах: [Ф]. 1~Ф это электроёмкость такого конденсатора, при подключении которого к источнику напряжения 1~В он (конденсатор) приобретает заряд 1~Кл. - Изобразите конденсатор на электрической схеме до подключения к источнику напряжения и после.
На рис. 91-а изображён конденсатор на электрической схеме, не подключенный к источнику напряжения.
Рис. 91. Конденсатор на электрической схеме.
Конденсатор на электрической схеме изображается с помощью двух равных отрезков перпендикулярных линиям, изображающим соединительные провода. Иногда конденсатор подписывается на рисунке буквой C, которая означает его электроёмкость.
а) Конденсатор, не подключенный к источнику напряжения; на этом рисунке эти отрезки это вертикальные палочки, а соединительные провода – горизонтальные линии.
б) Конденсатор, подключенный к источнику напряжения; источник постоянного напряжения обозначен буквой U (Эта же буква означает напряжение, которое даёт этот источник), места, в которых он присоединяется к проводам, обозначены точками, подписанными знаками;
то, что конденсатор в данном случае приобрёл заряд обозначено такими же знаками плюс и минус, знак плюс у пластины конденсатора означает, что она заряжена положительно, а знак минус у пластины конденсатора, означает, что она заряжена отрицательно;
q~- заряд конденсатора.
До подключения к источнику напряжения заряд конденсатора равнялся нулю. После подключения конденсатора к источнику напряжения, создающему на конденсаторе напряжение (напряжение на конденсаторе, это напряжение между пластинами этого конденсатора) U, в результате конденсатор (ёмкость которого равна C) заряжается и его заряд становится равен q. Эти величины C, q и U связаны формулой из вопроса 2. - Запишите две формулы выражающих электроёмкость плоского конденсатора через его параметры.
C=\large \frac{ε\cdot ε_0\cdot S}{d}\normalsize =ε\cdot C_0;
где C~- электроёмкость плоского конденсатора,
ε~- диэлектрическая проницаемость вещества, которым заполнено пространство между пластинами,
ε_0~- электрическая постоянная, теперь в системе СИ можно записать её значение так: ε_0≈8.85·10^{-12}~\frac{Ф}{м},
d~- расстояние между пластинами,
C_0~- электроёмкость, которую бы имел этот конденсатор, если бы между его обкладками было бы вещество с диэлектрической проницаемостью равной единице (например, воздух) или вакуум. - Что такое плоский воздушный конденсатор?
Плоский воздушный конденсатор — это плоский конденсатор, между обкладками которого находится воздух. - Что можно сказать об электрическом поле внутри плоского конденсатора? Сделайте рисунок.
Если пластины плоского конденсатора достаточно большие, а расстояние между ними достаточно (эти два «достаточно» означают, что чем лучше выполняются эти условия, то есть чем больше пластины конденсатора и чем меньше расстояние между ними, тем более однородное поле будет между пластинами) маленькое, то электрическое поле внутри плоского конденсатора можно считать однородным. Посмотрите на рис. 92.
Рис. 92. Электрическое поле внутри конденсатора.
Вертикальные отрезки — пластины плоского конденсатора,
минусы и плюсы обозначают заряд пластин (несколько штук их изображено, чтобы подчеркнуть, что пластины заряжены равномерно, то есть, что заряд равномерно распределён по пластинам),
горизонтальные линии со стрелочками налево — силовые линии электрического поля внутри конденсатора.1
Видно, что электрическое поле внутри конденсатора однородно и направлено от положительно заряженной пластины, к отрицательно заряженной.
Сноски:
- Естественно, эта изображённая картина, только примерно отражает реальную, как и почти всегда, если не всегда в физике.