Измерва се напрежението между плочите на плосък кондензатор. Зареждане на кондензатора от магнитно поляризирани електрони

Помислете от какво зависи капацитетът на кондензатора.

Нека свържем кондензаторните плочи към електрометъра и зарядната плоча А (фиг. 69, а). След като забелязахме потенциалната разлика между плочите на кондензатора на електрометъра, поставяме диелектрик между тях - ебонит лист D. Виждаме, че потенциалната разлика между плочите е намаляла, което означава, че капацитетът на кондензатора се е увеличил. Поставяйки диелектрици с различна диелектрична константа e (стъкло, слюда) между плочите, ние откриваме, че капацитетът на кондензатора е толкова по-голям, колкото по-голяма е диелектричната константа на диелектрика.

Влиянието на диелектрика върху капацитета на кондензатора възниква поради следната причина. Веднъж в полето, диелектрикът се поляризира (фиг. 69, b), докато неговият положителен поляризационен заряд се намира при отрицателния заряд на плочата А, което е еквивалентно на намаляване на последния. Това води до намаляване на потенциала на тази плоча и следователно до увеличаване на нейния електрически капацитет. Същото се случва и с плоча Б.

Нека започнем да доближаваме плоча B до плоча A, като по този начин намалим дебелината l на диелектрика (въздуха) между тях (виж Фиг. 67). Виждаме, че електрометърът показва намаляване на потенциала на плоча А. Следователно, Капацитетът на кондензатора се увеличава с намаляване на дебелината на диелектрика между неговите плочи.

Нека започнем да движим плоча B спрямо плоча A, така че разстоянието между тях да не се променя (фиг. 69, c), но тяхната работна площ S се увеличава, т.е. тази част от площта на една плоча срещу където се намира другата (фиг. 69, г) . В този случай електрометърът показва намаляване на потенциалната разлика между плочите, което означава, че с увеличаване на работната площ на плочите, капацитетът на кондензатора се увеличава.Това се случва, защото при по-голяма повърхност на плочите върху тях се поставя по-голям електрически заряд при дадена потенциална разлика.

Нека намерим математическата зависимост на електрическия капацитет плосък кондензаторот количествата, които му влияят. За това във формулата замени q и φ 2 - φ 1изрази, които включват количества, които влияят върху капацитета на кондензатора. От формулата за повърхностна плътност на заряда, зарядът на кондензатора q = σS, и от формулата за връзката между напрежение (потенциална разлика) и напрежение φ 2 - φ 1 \u003d Ел.

Ето, тогава

Замяна на q и φ 2 - φ 1във формулата на електрическия капацитет

получаваме формулата за електрическия капацитет на плосък кондензатор

Капацитетът на плосък кондензатор е право пропорционален на площта на неговите плочи, проницаемостдиелектрик и е обратно пропорционална на разстоянието между плочите.От формулата за плосък кондензатор изразяваме името на електрическата константа:

За производството на кондензатор с по-голям електрически капацитет са необходими две големи пластини, което е неудобно от практическа гледна точка. За да се избегне това, малките метални пластини се вземат в точното количество и се свързват в две групи, една в друга и разделени от диелектрик (слюда), както е показано на фиг. 68, а. При такава връзка външните повърхности на крайните плочи са "неработещи" - те не натрупват електрически заряди. Заедно те образуват повърхността на една плоча, така че ако има n от всички плочи, тогава само n-1чинии. Формулата за капацитета на такъв кондензатор е

Всеки кондензатор е проектиран за определено напрежение. Ако между плочите е над нормата, тогава напрежението електрическо полекондензаторът ще стане толкова голям, че ще започне да откъсва противоположно заредени частици от диелектрични диполи един от друг. Отделилите се заредени частици неутрализират зарядите на пластините на кондензатора. Това явление се нарича разбивкакондензатор. Външно се проявява под формата на електрически искри, които скачат между плочите. След повреда кондензаторът става неизползваем (с изключение на въздуха).

Кондензаторът с променлив електрически капацитет се състои от две системи от алуминиеви плочи под формата на половин диск (фиг. 70, а), изолирани един от друг със слой въздух. Едната система от плочи е неподвижна, другата може да се върти на ос. При завъртане на дръжката подвижните пластини влизат между неподвижните, което променя работната им повърхност S, а оттам и капацитета на кондензатора. Нека проверим това чрез опит.

Свързваме подвижните пластини на кондензатора към тялото на електрометъра. След като заредим фиксираните плочи с електрифицирана пръчка, ще започнем да променяме работна повърхносткондензатор. От показанията на електрометъра установяваме, че ако плочите са подредени, както е показано на фиг. 70, b, тогава електрическият капацитет на кондензатора е най-голям; ако да как. на фиг. 70, c, - междинен; и ако, както на фиг. 70, g, - най-малкият. Кондензаторите с променлив капацитет се произвеждат с капацитет от 30 до 650 pf.

Задача 21.Кондензаторът с плоска пластина има 500 плочи от фолио. Площта на всяка облицовка 31,4 cm2, разстоянието между тях 0,05 мми диелектрик с диелектрична константа, равна на 5. Определете капацитета и заряда на кондензатора, както и силата на неговото електрическо поле, ако след зареждане напрежението между плочите се оказа 250 инча.

От формулата за капацитет на кондензатор

неговият заряд q=CU; q \u003d 1,39 * 10 -6 f * 250 in ≈ 3,5 * 10 -4 k.

Сила на полето на кондензатора E \u003d U / l.

Отговор: C \u003d 1,39 микрофарада; q ≈ 3,5 * 10 -4 k; E \u003d 5 * 10 6 in / m.

Зарядът на кондензатора е магнитен- поляризирани електрони

Всеки знае, че за да се зареди кондензатор, е необходимо да се създаде постоянна потенциална разлика в неговите плочи. Например свържете + и - батерии към пластините на кондензатора. В този случай електроните текат надолу от една плоча на кондензатора, създавайки излишък от положителни заряди върху нея, и се стичат към другата плоча на кондензатора, създавайки излишък от отрицателни електрони върху нея. Така нашият кондензатор се зарежда. В зависимост от разстоянието между плочите, техния размер и диалектриката, която ги разделя, всеки кондензатор се характеризира с капацитет и крайно напрежение. Превишаването на последното води до повреда на кондензатора.

Но се оказва, че при определени условия плоският кондензатор може да бъде зареден не само с постоянно, но и с променливо напрежение. Освен това можем да го зареждаме индуктивно. Това показаха на практика създателите на генератори за безплатна енергия.Колър, Пол Бауман, Д.Смити други . Всички тези методи за зареждане на плосък кондензатор се основават на простия факт, че електроните при определени условия запазват своята магнитна ориентация, т.е. стават магнитно поляризирани. немски военен инженерцвяте първият, който забеляза това свойство на електроните и го използва, за да построи своя генератор на свободна енергия. Освен това това откритие беше взетоПол Баумани го постави в основата на своя генератор на безплатна енергия Testatic. По-късно тази идея беше въплътена в техните генератори от американския изобретателДон Смит.

Досега, ако не се лъжа, никой не е дал логично обяснение защо плосък кондензатор се зарежда, когато е поставен в променливо електромагнитно поле. Решението на този проблем помага да се разбере същността на работата на всички генератори на свободна енергия, които използват плосък кондензатор за отстраняване на свободната енергия.

Магнитно поляризирани електрони

От физиката е известно, че всички електрони имат магнитен момент, така че ако преминете през проводник D.C., то свободните електрони в него от хаотично движение, под действието на потенциална разлика, получават насочено движение. При такова движение позицията на електроните се стабилизира, магнитните моменти на всички електрони, които образуват тока, се синхронизират, т.е. вземете същата посока. Поради тази причина се образува постоянно магнитно поле около проводника, перпендикулярен на този проводник. Ако токът спре, тогава електроните се връщат към първоначалното си хаотично движение, при което магнитните моменти на електроните губят същата посока, т.е. електроните губят своята магнитна поляризация, при което магнитното поле около проводника изчезва.

По този начин магнитната поляризация на електроните възниква само когато електроните образуват ток и го губят, когато последният изчезне.

Да предположим хипотетично, че по някакъв начин, когато токът изчезне, електроните, които го образуват, запазват своята магнитна поляризация. В този случай техните магнитни моменти се привличат по цялата дължина на жицата и образуват поляризиран отрицателен заряд.

Споменатите по-горе експериментатори откриха такива условия, при които магнитната поляризация на електроните се запазва в плосък кондензатор при променлив токили в променливо електромагнитно поле.

Плосък кондензатор от Доналд Смит

Даваме по-долу общо описаниеустройство, което Доналд Смит направи, за да демонстрира работата на такъв кондензатор, от който той взе енергия. (Фигура 1)

Вземете плосък квадратен кондензатор, едната пластина на който е направена от мед, а втората от алуминий. Между тях се поставя изолационна плоча. В центъра на плочите има отвор, през който минава феритен прът, да речем дълъг 15 см. На единия полюс на този пръчков магнит е монтирана индукционна намотка, към която се подава високочестотен AC напрежение. На разстояние 1 см от тази намотка поставяме нашия кондензатор. към чиито плочи са прикрепени два проводника за отнемане на енергия от него. Според Смит тази изходна енергия е по-голяма от енергията, която той е приложил към индукционната намотка. ( Подробно описаниечитателят ще намери това устройство в интернет).

На този етап не се интересуваме от количеството енергия, отнета от плоския кондензатор. Важно е да го има; но това, което ни интересува в това устройство, е как този кондензатор получава електрически заряд, намирайки се в променливо електромагнитно поле, което образува индукционна бобина, и защо плочите на плоския кондензатор във всички гореспоменати изобретатели се състоят от различни метали.

Всеки знае теченията Фук или "вихрови индукционни токове, възникващи впроводници при смяна на проникващите иммагнитно поле . .. Токовете на Фуко възникват под въздействието на променливелектромагнитно поле и по своята физическа природа те не се различават от индуктивните токове, възникващи в линейните проводници. Те са вихрови, тоест затворени са в пръстен." (Интернет)

Така че тези токове се образуват в плочите на този кондензатор. С други думи, ако вземем медна плоча, тогава в различните й части се образуват пръстеновидни токове от свободни електрони, които са магнитно поляризирани. С високочестотни колебания на електромагнитното поле тези вихрови токове се изтласкват към повърхностите на медната плоча (ефект на кожата). По този начин във външните равнини на медната плоча имаме концентрация на отрицателни заряди на електрони. Следователно имаме поляризацията електрически зарядивърху медна плоча поради вихрови токове. Но ако имаме отрицателен заряд върху медна плоча, тогава можем да го премахнем. Възниква въпросът: Как да го направим?

За тази цел използваме кондензатор с плоска пластина.

Ако нашият плосък кондензатор се състои от две медни пластини, разделени от някакъв вид изолатор, тогава на втората пластина ще имаме приблизително същия отрицателен заряд. Следователно, когато измерим напрежението между двете медни пластини на нашия кондензатор, то практически ще бъде нула. Но ако заменим една медна плоча с алуминий в нашия плосък кондензатор, тогава между медната и алуминиевата плоча ще открием напрежение или потенциална разлика. Причината за това е, че алуминият има висока устойчивост и следователно вихровите токове, които възникват на повърхността му, ще бъдат по-слаби от вихровите токове на повърхността на медна плоча. От това следва, че поляризираният заряд на алуминиева плоча ще бъде много по-малък, отколкото на медна. С други думи, между заредените плочи се открива достатъчно голямо напрежение. Това напрежение при същите условияще бъде още по-голяма, ако в кондензатора се използват сребърни и алуминиеви пластини.

Устройство на Пол Бауман (Пол Бауман)

В своите демонстрации на това устройство (Фигура 2) Пол Бауман каза, че ако можете да разберете защо в плосък кондензатор, изработен от мед и алуминий и поставен в магнитно поле постоянен магниткакто е показано на фигура 2 - възниква високо напрежение, тогава ще разберете как работи неговият генератор на свободна енергия Тестатика.

След моето обяснение по-горе за принципа на зареждане на плосък кондензатор в променливо електромагнитно поле, няма да е трудно да разберете зареждането на този кондензатор, тъй като той е в променливо електромагнитно поле, което се създава поради затворен соленоид, навит на подковообразен магнит, както е показано на фигура 2, и в който възникват непрекъснати високочестотни трептения. Тези магнитни трептения бяха открити за първи път от немския военен инженер Колер, който каза, че магнитното поле на магнита осцилира с честота 180 kHz.

Освен това, магнитното поле на тези трептения превръща постоянното магнитно поле на постоянния магнит в променливо магнитно поле, което допълнително засилва образуването на вихрови токове върху плочите на плоския кондензатор. (За повече информация вижте в Интернет "неподвижни генератори) генератори на безплатна енергия").

При всяко колебание на полето върху пластините на кондензатора ще се появят вихрови токове, които ще се увеличат поради следните причини.

1. Електроните във вихров ток, когато променят фазите на трептенията на променливо електромагнитно поле, запазват своята магнитна поляризация. Но за да се създаде, върху него се изразходва част от енергията на променливото електромагнитно поле.

2. След като магнитната поляризация на електрона се създаде за първи път, тя се запазва по време на последващи трептения без консумация на енергия от ЕМП, така че последният изразходва тази останала енергия за образуването на допълнителни вихрови потоци върху плочите на плосък кондензатор .

3. Този процес на зареждане на кондензатора има ограничение, в този случай 700 волта

Принципът на работа на генератора за безплатна енергия Testatika

За да създадете генератор на безплатна енергия, трябва да знаете две основни положения.

1. Основният източник на свободна енергия е високочестотното променливо електромагнитно поле (етер), което се формира от въртящи се заредени частици на атомно ниво (електрони, протони и др.).

2. За да уловите енергията на тези трептения, вие трябва да създадете генератор, в който електромагнитните трептения се появяват с честота, кратна на честотата на трептене на високочестотното променливо електромагнитно поле (етер).

По този начин Testatika трябва да бъде генератор на високочестотни трептения, които се образуват, когато двете му колела се въртят в противоположни посоки, върху които са разположени медни и алуминиеви сектори, изолирани един от друг. В генератора няма механични контакти. Енергията се отнема от секторите чрез индукция. При такъв дизайн естествено възниква въпросът: как се образуват заряди върху медния и алуминиевия сектор при пълна липса на триене и батерии? Защото само при наличие на заряди този генератор ще създаде високочестотни трептения. Например, ако на едното колело има 60 заредени медни сектора, а на другото 60 заредени алуминиеви сектора, то при един оборот на колелото честотата на трептене ще бъде 3600 Hz, а при два оборота 7200 Hz и т.н.

Но тази честота на електромагнитните трептения може значително да се увеличи, ако в секторите се направят правоъгълни отвори. В този случай ние, така да се каже, разделяме сектора на подсектори, в които протича вихровият ток и е отделен заряд. Например, всеки сектор има 4 дупки хоризонтално разположени на едни и същи места, тогава всяко колело ще има 240 подсектора, които при един пълен оборот на колелото в секунда ще създадат честота на трептене 240 x 240 = 57600 Hz. Тази техника се използва от Бауман за създаване на високочестотни трептения в тестисите.

Тези, които се интересуват безплатна енергиясе предполагаше, че Бауман в секторите използва електорат или радиоактивен елемент.

Всъщност нещата са много по-прости. Както казах, едното колело на Тестатика е покрито със сектори от медни пластини, а другото колело, което се върти в обратна посока, е покрито със сектори от алуминиеви пластини. И двата сектора преминават едновременно под магнит със соленоид, който е показан на фигура 2. С други думи, тези сектори на противоположни колела образуват променлив плосък кондензатор, чийто принцип анализирах в тази статия.

Високочестотната енергия на тези заряди се отстранява индуктивно с помощта на соленоиди и стоманена пробка и се прехвърля към високоволтови кондензатори(както в статичен генераторУимсхърст) .

Капацитетът на проводника се нарича физическо количество, числено равно на съотношението на заряда, предаден на проводника, към неговия потенциал: ,

където C е електрическият капацитет на проводника, q е количеството електричество (заряд), j е потенциалът. Електрическият капацитет е характеристика на самия проводник и зависи от неговата форма и размер. Геометрично подобни проводници имат капацитет, който е право пропорционален на техните линейни размери. Капацитетът е право пропорционален на диелектричната проницаемост на средата около проводника. Капацитетът не зависи от материала на проводника, нито от наличието на кухини вътре в проводника. Това се дължи на факта, че таксите се разпределят само върху външна повърхностдиригент.

Фарадът се приема като единица за електрически капацитет в SI - капацитетът на проводник с потенциал от I волт, когато му се придаде заряд от I кулон, т.е.

Ако в близост до проводника има други тела, тогава неговият електрически капацитет ще бъде по-голям от този на същия, но самотен проводник.

Система от два проводника с такава форма и такова разположение един спрямо друг, че създаденото от тях електрическо поле, когато им се придадат противоположни и еднакви заряди, е почти напълно концентрирано между тях, се нарича кондензатор. Капацитетът на кондензатора се определя от съотношението:

където q е зарядът на една от плочите на кондензатора, е потенциалната разлика или напрежението между плочите на кондензатора.

а) разгледайте плосък кондензатор:

Нека обозначим потенциалната разлика между плочите на кондензатора

Тогава от определението за електрически капацитет следва: .

Силата на полето между плочите на плосък кондензатор се създава от две плочи и е равна на:

Нека изчислим потенциалната разлика между плочите на плосък кондензатор:

Накрая получаваме формулата за електрическия капацитет на плосък кондензатор: .

б) помислете за цилиндричен кондензатор (полето между плочите на такъв кондензатор има цилиндрична симетрия)

Външната облицовка вътре в кондензатора не създава поле.

Силата на полето вътре в кондензатора се създава от заряда на вътрешната обвивка и е равна на:

; ;

Тогава потенциалната разлика на плочите на цилиндричен кондензатор е равна на:

Следователно, електрическият капацитет на цилиндричен кондензатор: .

в) помислете за сферичен кондензатор (полето между плочите на такъв кондензатор има сферична симетрия).

Силата на полето вътре в кондензатора се създава от заряда на вътрешната сферична пластина и е равна на: .

Тогава потенциалната разлика на плочите на сферичния кондензатор:

Следователно, капацитетът на сферичен кондензатор е: .

Балистичен галванометър - уред за измерване на малки, бързо протичащи количества електричество (заряд). Неговата структура съвпада със структурата на конвенционално устройство на магнитоелектрическа система, но подвижната рамка има голям инерционен момент и когато кратък токов импулс протича през рамката, той се влияе от въртящ момент, пропорционален на силата на тока през рамката: M ~ I (в този случай текущото време на протичане трябва да бъде много по-малко от естествения период на трептене на рамката). Съгласно основното уравнение на динамиката на въртеливото движение: , но тъй като , ъгловият момент на рамката ще бъде пропорционален на интеграла на тока във времето, тоест количеството заряд, преминаващ през рамката: ~ q, където : I е инерционният момент на рамката, w е нейната ъглова скорост.

Първото най-голямо отклонение на стрелката на галванометъра е пропорционално на максималната ъглова скорост на рамката в началото на движението, това следва от закона за запазване на механичната енергия: , където: k - постоянен коефициент, j max - ъгъл на максимално отклонение на рамката.

Следователно най-голямото отклонение на стрелката на галванометъра е n~j max ~w max ~q или , където: A е балистичната константа на галванометъра.

За да се определи балистичната константа, известен заряд преминава през галванометъра, например кондензатор с известен капацитет, зареден до потенциална разлика U, се разрежда през галванометъра и се определя отклонението на стрелката на галванометъра (броят на деленията n на скалата). Балистичната константа в този случай е равна на: .

Корекция

Превключвател за волтметър за напрежение

C изв C 1 C 2 3

Фиг. 1 Външен видлабораторен стенд.

ВНИМАНИЕ! Стойката се захранва от източник на постоянно напрежение 12 V. Сглобената схема трябва да бъде проверена от учител или лаборант, след което източникът на напрежение може да бъде включен. Ако в работата се използва галванометър със светлинна индикация, тогава той ще бъде свързан към мрежата 220 V, а неговият вход - към клеми 2 на стойката (виж фиг. I).

Процедурата за извършване на работа и обработка на резултатите от измерването:

1. След като се запознаят с лабораторния щанд, те сглобяват веригата според фигурата, като свързват с помощта на свързващи проводници към клеми 3 кондензатор с известен капацитет, наличен на стойката (клеми C izv).

2 . Чрез поставяне на превключвателя в ляво положение (кондензаторът се зарежда), напрежението се прилага към кондензатора с помощта на потенциометър. Напрежението се измерва с волтметър.

3 . Като поставите превключвателя в правилна позиция (кондензаторът се разрежда към галванометъра), наблюдавайте отклонението на стрелката на галванометъра и измерете първото най-голямо отклонение. Резултатите се въвеждат в таблица 1.

4 . Експериментът се повтаря 10 пъти, променяйки напрежението в кондензатора в диапазона 1-10 волта.

5 . На базата на извършените измервания се построява калибровъчна графика, като по абсцисната ос се нанася отклонението на стрелката на галванометъра n, а по ординатната - големината на заряда q.

6 . Свържете кондензатор с неизвестен капацитет C 1 към клеми 3 и изпълнете стъпките, посочени в точки 1-3 за три различни напрежения. Резултатите се въвеждат в таблица 2.

7 . Същите стъпки се повтарят с друг кондензатор с неизвестен капацитет C 2.

8 . Извършете измервания за последователни и след това паралелна връзкакондензатори С1 и С2. Всички измервания в параграфи 6, 7, 8 се повтарят 3 пъти (за три различни значениянапрежение U, което дава достатъчно големи отклонения на стрелката на галванометъра, но в границите на калибровъчната крива).

9 . Според показанията на галванометъра, получени при експерименти с кондензатори с неизвестен капацитет, техният заряд q i се определя от графиката за калибриране. Стойността на неизвестния капацитет се намира по формулата и се въвежда в таблица 2.

10 . За всеки случай намерете средната стойност на капацитета: и средноквадратичната грешка на нейното измерване:

Контролни въпроси:

1. Изведете формула за капацитета на паралелни и серийна връзкакондензатори.

2. Как трябва да се свържат естественият период на колебание на рамката на галванометъра и времето на протичане на заряда, така че показанието на галванометъра да е пропорционално на количеството на протичащия заряд?

3. въздушен кондензаторзаредена и изключена от източника. Как и защо ще се промени потенциалната разлика в него, когато между плочите се постави диелектрик?

4. Въздушният кондензатор е свързан към източник на постоянно напрежение. Ще се промени ли зарядът на кондензатора след въвеждането на диелектрик между плочите? Защо?

5. Диелектричният кондензатор се зарежда и изключва от източника на напрежение. Ще бъде ли извършена работа от външни сили, ако диелектрикът се отстрани? Защо?

Литература:

1. И. В. Савелиев. Курс по физика, М.: Наука., 1973-2006.

2. Т. И. Трофимова. Курс по физика, М.: Висше училище., 1985-2006.

3. Н. А. Скорохватов Курс на лекции по електромагнетизъм, М.: МИИГАиК., 2006.

Лабораторна работа № 204

ПРОВЕРКА НА ПРАВИЛАТА НА КИРХОФ

Инструменти и аксесоари: лабораторна инсталация с монтирана разклонена електрическа верига и стенд с две измервателни уреди(милиамперметър и волтметър).

Цел на работата: 1) Запознаване с един от основните методи за изчисляване на токове и напрежения в разклонени електрически вериги. 2) Проверка на правилата на Кирхоф чрез експериментално определяне на токове, ЕМП и напрежения в инсталацията, електрическа схемакоето е показано на фиг.1а.