Почему диэлектрик втягивается в конденсатор
Перейти к содержимому

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Почему если между обкладками конденсатора ввести диэлектрик, то емкость увеличивается.

Чем больше диэлектрическая проницаемость материала, тем он сильнее притягивает + к — из за этого?
Объясните простыми словами, а не википидией.

Лучший ответ

С=Q*U
При введении диэлектрика между пластинами конденсатора наблюдается явление поляризации. При поляризации образуются дополнительные, так называемые «наведенные заряды» и суммарный заряд Q становится больше. Чем больше проницаемость тем сильнее поляризация и тем больше образуется наведенных зарядов.

Остальные ответы

Проницаемость здесь не при чем. . Когда конденсатор переменной емкости, начинает работать по мере увеличении площади входа диэлектриков, увеличивается емкость. Обратите внимание на величину электролитических конденсаторов, чем больше величина тем больше емкость..

Диэлектрик поляризуется, образуе поле, противоположное приложенному, что уменьшает напряжение.

без диэлектрика (воздух) при подаче постоянной напруги на обкладках кондера собрались заряды и компенсировали внешнее электрическое поле (получился баланс: внутреннее поле прибежавших зарядов скомпенсировало приложенное электрическое поле) . А у диэлектрик, обладающий собственной поляризацией, увеличивает внутреннее электрическое поле между обкладками и на эти обкладки может прибежать больше зарядов — до тех пор, пока внутреннее поле между обкладками не скомпенсирует приложенное электрическое поле.

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Задача по физике — 14183

comment

2020-04-23
Объясните, почему диэлектрик, вводимый между пластинами плоского заряженного конденсатора, втягивается в конденсатор.

Электрическое поле между пластинами конденсатора можно считать однородным и постоянным.

Для диэлектрика с диэлектрической проницаемостью $\epsilon$ в электрическом поле напряженностью $E$ величина электрической поляризации равна

$P = ( \epsilon — \epsilon_)E$.

Свободная энергия поляризованного диэлектрика равна

где $F(T, 0)$ — свободная энергия всего диэлектрика в отсутствие электрического поля; $d$ — расстояние между пластинами плоского конденсатора; $a$ и $b$ — соответственно длина и ширина пластин; $x$ — расстояние, на которое вдвинут диэлектрик в конденсатор (рис.). Учитывая энергию взаимодействия внешнего поля и поляризованного диэлектрика

$W_ = — ( \epsilon — \epsilon_) bx dE^$,

для полной свободной энергии системы «диэлектрик + поле конденсатора» получим:

Отсюда видно, что с возрастанием $x$ свободная энергия уменьшается, т. е. диэлектрик втягивается в конденсатор с силой

Научный форум dxdy

Последний раз редактировалось EUgeneUS 20.01.2023, 13:06, всего редактировалось 1 раз.

$\varepsilon ></p> <p>Представим следующую конструкцию.<br />1. Есть плоский конденсатор конечных размеров.<br />2. Между обкладками у него расположена бесконечная лента диэлектрика (1$» />). Понятно, что между обкладками конденсатора расположена только часть бесконечной ленты диэлектрика.<br />3. Перенос зарядов с пластин на диэлектрик исключён. Например, вакуумными зазорами между диэлектриком и пластинами.</p> <p>Зарядили конденсатор (подключили к источнику напряжения). Появилось статичное электрическое поля и соответствующая ему индукция электрического поля.<br />Всё хорошо.</p> <p>А теперь лента диэлектрика начинает двигаться параллельно пластинам.<br />Рассмотрим небольшой объем диалектрика.<br />1. Вначале, когда этот элемент далеко от конденсатора, в этом объеме энергия электрического поля — ноль.<br />2. Этот объем приближается к конденсатору, энергия поля в этом объеме растет. Достигает максимума при входе этого элемента в конденсатор.<br />3. На выходе из конденсатора всё в обратном порядке — энергия электрического поля в этом элементе объёма диэлектрика начинает падать и падает до нуля.<br />Получается, что на входе в конденсатор объёмная плотность энергии в этом объеме откуда-то берётся, а на выходе объёмная плотность энергии куда-то девается.</p> <p>Первый вопрос: откуда и куда ? И каким образом?</p> <p>Далее предположим, что поляризация и деполяризация диэлектрика сопровождается диссипацией. Часть энергии уходит в тепло.<br />То есть вся эта система рассеивает какую-то мощность в тепло.<br />Вопрос: откуда эта мощность берётся?<br />Хорошо, она может браться из источника напряжения. Но каким образом? Возникновение некого тока с постоянной составляющей исключено, так как это приведет к бесконечному росту зарядов на пластинах, и бесконечному росту напряжения на конденсаторе.<br />А переменный ток — откуда бы ему взяться?</p> <p>На второй вопрос есть ответ.<br />Диссипация приводит к возникновению сопротивления движению диэлектрика. Её придется тащить с некой силой. Вот работа этой силы и будет переводиться в тепло</p> <h2>Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 — лаб раб / II семестр / Лабораторная работа № 6</h2> <p>2 Лабораторная работа № 6 О ПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОГО ДИЭЛЕКТРИКА Цель работы: определение диэлектрической проницаемости с помощью явления втягивания жидкого диэлектрика внутрь плоского конденсатора. 1. Введение Незаряженный диэлектрик, помещённый в электрическое поле, поляризуется. Процесс поляризации неполярного диэлектрика состоит в смещении центров тяжести положительных и отрицательных зарядов молекулы друг относительно друга, т. е. в образовании диполей. Поляризация полярного диэлектрика заключается в преимущественной ориентации вдоль поля уже имеющихся в диэлектрике диполей (см. ВВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ № 5 ). Рассмотрим качественно поведение такого диполя в неоднородном электрическом поле. Пусть в направлении оси X напряжённость поля Е возрастает. Графически это изображается сгущением силовых линий ( РИС . 1 ). Силы, действующие на заряды диполя, неодинаковы, <img decoding=F 1 F 2 , так как Е 1 в той точке, где находится по- ложительный заряд больше, чем Е 2 в точке, где расположен отрицательный заряд. Следовательно, диполь в неоднородном поле под действием результирующей си-

F 2 перемещается в область более сильного поля. Этим явлением, в

объясняется втягивание диэлектрика внутрь плоского конденсатора.

d e
y
y
Рис. 2

2. Описание установки и метода измерений Рассмотрим плоский конденсатор, частично погружённый в жидкий диэлектрик ( РИС . 2 ). Поскольку вблизи краев обкладок конденсатора имеется неоднородное поле, то на диполи действуют силы F , вертикальные составляющие которых F y направлены вверх. В результате диэлектрик втягивается в зазор между обклад-

ками конденсатора. Для нахождения результирующей вертикальной силы

которой электрическое поле действует на жидкость в области неоднородного поля конденсатора, воспользуемся законом сохранения и превращения энергии. Для простоты расчёта будем предполагать, что поверхность жидкости горизонтальна (в этом случае отсутствуют капиллярные явления), поле внутри конденсатора (а не у его краев) однородно и не влияет на изменение поверхностного натяжения жидкости. Так как конденсатор подключён к источнику питания, то разность потенциалов U между его обкладками остаётся постоянной. Пусть в процессе втягивания диэлектрика высота y столба жидкости между пластинами увеличивается на малую величину y ( РИС . 2 ). Тогда работа А , совершаемая силами электрического поля,

Кроме того, происходит изменение энергии электрического поля конденсатора на величину

W C 2 U 2 C 1 U 2 U 2 C 2 C , (2)
2 2 2 1
где С 1 и С 2 – ёмкости конденсатора до и после подъёма жидкости на высоту y .

Ёмкость конденсатора, частично заполненного диэлектриком, можно найти как ёмкость двух параллельно включенных конденсаторов, один из которых – с диэлектриком, другой – без него. Ёмкость такой системы равна

C C С εε ay εε ( S ay ) ε S
0 0 0
диэл возд d d d
ε ay
0 ε
d

где а – ширина пластины, S – её площадь, ay – площадь погруженной части пластины, d – расстояние между пластинами, ε – диэлектрическая проницаемость жидкости. Отсюда легко найти изменение ёмкости

ε a y
0 ε
d

Втягивание жидкости в конденсатор и изменение энергии его поля происходит за счет работы источника тока. Если предположить, что процесс втягивания идёт достаточно медленно, то сила тока в цепи столь мала, что можно пренебречь тепловыми потерями, а также считать разность потенциалов обкладок конденсатора равной ЭДС источника. Тогда на основании уравнения энергетического баланса запишем

А сил поля
Работу, совершённую источником тока,

А U q
ист

найдём по формуле

U 2 C 2 C 1 ,
где q U ( C 2 C 1 ) – дополнительный заряд, перетекающий на пластины конден-

сатора по мере его заполнения диэлектриком (в данном случае на высоту H ). Из уравнений (2) , (4) и (5) определим работу сил поля

A A W U 2 C 2 C 1 (6)
ист 2

или, учитывая формулу (3) , получим

4
2 ε a y
A U ε 1 .
0
2 d

С другой стороны, по формуле (1) A = f y , отсюда искомая сила равна

ε aU 2 ε 1 .
f
0
2 d

Состояние равновесия жидкости наступит, когда будет выполнено условие f = mg . Если выразить массу m втянутого столба жидкости через её плотность ρ и объём V = a ∙ dh , то получим f = ρa ∙ dh ∙ g . В этом выражении h – окончательная высота, на которую поднялась жидкость под действием поля при данном U (при выводе расчётной формулы под y подразумевалось малое приращение высоты). Подставив данное значение силы в формулу (8) , найдём окончательное выражение для расчёта диэлектрической проницаемости жидкости

2 d 2 ρg h ε 1 ε 0 U 2

В стеклянную кювету К , заполненную жидким диэлектриком, опущены две параллельные пластины, к которым подводится напряжение от повышающего трансформатора ( РИС . 3 ). (Переменное напряжение, которое используют в работе, не влияет на справедливость расчётной формулы (7) , так как при низкой частоте поляризация диэлектрика успевает следовать за полем.)

кВ Л ~220 B
К h 1
h 2
С

М

Рис. 3 Рис. 4

Изменяют напряжение с помощью ЛАТР ( Л ) (автотрансформатора), который вместе с трансформатором ( Тр ) находится внутри кожуха установки. Регулировку напряжения проводят поворотом ручки, выведенной на переднюю панель корпуса. Измеряют напряжение на пластинах С киловольтметром ( кВ ). Изменение уровня жидкости и расстояние между пластинами определяется измерительным микроскопом М . В поле зрения измерительного микроскопа помещена шкала, ориентацию которой можно изменять. Для определения расстояния между пластинами шкалу располагают горизонтально; для определения изменения уровня жидкости при включении напряжения шкалу располагают вертикально. При измерениях следует иметь в виду, что изображение, даваемое окуляром, перевернутое ( РИС . 4 ).

5 3. Порядок выполнения работы 1. Измеряют расстояние d между пластинами. Для этого шкалу микроскопа располагают горизонтально. (Обратите внимание на цену деления шкалы микроскопа.) 2. Устанавливают шкалу микроскопа вертикально и отмечают уровень жидкости h 1 между пластинами в отсутствие напряжения (ручка ЛАТР в положении «0»). 3. Поворотом ручки устанавливают требуемое напряжение (600-700 В). Измеряют уровень жидкости h 2 при этом напряжении. 4. Повторяют измерения h 2 при других значениях напряжения. Всего 5-7 измерений в интервале от 600 до 1500 В. 4. Обработка результатов измерений Данные установки ρ = 820 кг/м 3 ; d = . ; h 1 = . Таблица 1

№ п/п U, В h 2 , мм h, мм ε
1
Среднее

1. Рассчитывают h = h 2 – h 1 для каждого U . 2. Рассчитывают ε для каждого значения U по формуле

ε 1 K h
U 2

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *