Düz kapasitörün plakaları arasındaki voltaj ölçülür. Manyetik olarak polarize elektronlar tarafından kapasitör şarjı

Herkes bir kapasitörün şarj edilebilmesi için plakaları arasında sabit bir potansiyel farkı yaratılması gerektiğini bilir. Örneğin + ve - pilleri kapasitör plakalarına bağlayın. Bu durumda, elektronlar kapasitörün bir plakasından boşalarak üzerinde aşırı pozitif yük oluşturur ve kapasitörün diğer plakasına akarak üzerinde fazla miktarda negatif elektron oluşturur. Böylece kapasitörümüz şarj olmuş olur. Plakalar arasındaki mesafeye, boyutlarına ve onları ayıran diyalektiğe bağlı olarak her kapasitör, kapasitans ve nihai voltajla karakterize edilir. İkincisinin aşılması, kapasitörün bozulmasına yol açar.

Tüm elektronların manyetik bir momente sahip olduğu fizikten bilinmektedir; dolayısıyla bir iletkenden geçerseniz DC, daha sonra potansiyel bir farkın etkisi altında kaotik bir hareketten kaynaklanan serbest elektronlar yönlendirilmiş bir hareket alır. Böyle bir hareketle elektronların konumu sabitlenir, akımı oluşturan tüm elektronların manyetik momentleri senkronize edilir, yani. aynı yöne ulaşın. Bu nedenle bu iletkene dik olan iletkenin çevresinde sabit bir manyetik alan oluşur. Akım durursa elektronlar, elektronların manyetik momentlerinin aynı yönünü kaybettiği orijinal kaotik hareketlerine geri dönerler. elektronlar manyetik polarizasyonlarını kaybederler, böylece iletkenin etrafındaki manyetik alan kaybolur.

Bu nedenle, elektronların manyetik polarizasyonu yalnızca elektronlar bir akım oluşturduğunda meydana gelir ve ikincisi ortadan kaybolduğunda onu kaybeder.

Varsayımsal olarak, bir şekilde akım kaybolduğunda, onu oluşturan elektronların manyetik polarizasyonlarını koruduklarını varsayalım. Bu durumda manyetik momentleri telin tüm uzunluğu boyunca birbirini çeker ve polarize bir negatif yük oluşturur.

Yukarıda adı geçen deneyciler, elektronların manyetik polarizasyonunun düz bir kapasitörde korunduğu koşulları buldular. alternatif akım veya alternatif bir elektromanyetik alanda.

Aşağıda veriyoruz Genel açıklama Donald Smith'in enerji aldığı böyle bir kapasitörün çalışmasını göstermek için yaptığı bir cihaz. (Şekil 1)

Bir plakası bakırdan, ikincisi alüminyumdan yapılmış düz kare bir kapasitör alın. Aralarına yalıtım plakası yerleştirilir. Plakaların ortasında, örneğin 15 cm uzunluğunda bir ferrit çubuğun geçtiği bir delik vardır.Bu çubuk mıknatısın bir kutbuna, yüksek frekanslı bir endüksiyon bobini monte edilir. alternatif akım voltajı. Bu bobinden 1 cm uzağa kondansatörümüzü yerleştiriyoruz. enerjiyi uzaklaştırmak için iki telin bağlandığı plakalara. Smith'e göre bu çıkış enerjisi, indüksiyon bobinine uyguladığı enerjiden daha büyüktü. ( Detaylı Açıklama okuyucu bu cihazı internette bulacaktır).

Bu aşamada düz kapasitörden çıkan enerji miktarıyla ilgilenmiyoruz. Orada olması önemlidir; ancak bu cihazda bizi ilgilendiren şey, bu kapasitörün bir endüksiyon bobini oluşturan alternatif bir elektromanyetik alan içinde olması nedeniyle nasıl elektrik yükü aldığı ve yukarıda adı geçen mucitlerin tümünde düz kapasitör plakalarının neden farklı metallerden oluştuğudur.

Yani bu akımlar bu kapasitörün plakalarında oluşur. Başka bir deyişle, bakır bir plaka alırsak, çeşitli kısımlarında manyetik olarak polarize edilmiş serbest elektronlardan halka akımları oluşur. Elektromanyetik alanın yüksek frekanslı salınımları ile bu girdap akımları bakır plakanın yüzeylerine doğru zorlanır (cilt etkisi). Böylece, bakır plakanın dış düzlemlerinde negatif elektron yüklerinin konsantrasyonuna sahibiz. Bu nedenle kutuplaşmayı elde ettik elektrik ücretleri girdap akımları nedeniyle bakır bir plaka üzerinde. Ancak bakır bir plaka üzerinde negatif bir yükümüz varsa onu kaldırabiliriz. Şu soru ortaya çıkıyor: Nasıl yapılır?

Bu amaçla düz plakalı kapasitör kullanıyoruz.

Düz kapasitörümüz bir tür yalıtkanla ayrılmış iki bakır plakadan oluşuyorsa, ikinci plakada yaklaşık olarak aynı negatif yüke sahip olacağız. Bu nedenle kapasitörümüzün iki bakır plakası arasındaki voltajı ölçtüğümüzde pratikte sıfır olacaktır. Ancak düz kapasitörümüzde bir bakır plakayı alüminyumla değiştirirsek, bakır ve alüminyum plakalar arasında bir voltaj veya potansiyel farkı bulacağız. Bunun nedeni, alüminyumun direncinin yüksek olması ve bu nedenle yüzeyinde oluşacak girdap akımlarının, bakır levhanın yüzeyinde oluşacak girdap akımlarından daha zayıf olmasıdır. Bundan, alüminyum plaka üzerindeki polarize yükün bakır plakadan çok daha az olacağı sonucu çıkar. Başka bir deyişle yüklü plakalar arasında yeterince büyük bir voltaj tespit edilir. Bu voltaj aynı koşullar Kapasitörde gümüş ve alüminyum plakalar kullanılırsa daha da büyük olacaktır.

Yukarıda düz bir kapasitörün alternatif elektromanyetik alanda şarj edilmesi prensibi ile ilgili açıklamamdan sonra bu kapasitörün şarjını anlamak zor olmayacaktır çünkü bu kapasitörün üzerine sarılan kapalı bir solenoid nedeniyle oluşan alternatif bir elektromanyetik alan içindedir. Şekil 2'de gösterilen ve içinde sürekli yüksek frekanslı salınımların meydana geldiği bir at nalı mıknatısı. Bu manyetik salınımlar ilk olarak Alman askeri mühendis Kohler tarafından keşfedildi ve mıknatısın manyetik alanının 180 kHz frekansında salındığını söyledi.

Ayrıca, bu salınımların manyetik alanı, kalıcı mıknatısın sabit manyetik alanını alternatif bir manyetik alana dönüştürür, bu da düz bir kapasitörün plakaları üzerinde girdap akımlarının oluşumunu daha da artırır. (Bu konuda daha fazla bilgi için İnternet'teki "hareketsiz jeneratörler) serbest enerji jeneratörlerine bakın").

Alanın her salınımında, kapasitör plakalarında aşağıdaki nedenlerden dolayı artacak olan girdap akımları görünecektir.

1. Girdap akımındaki elektronlar, alternatif bir elektromanyetik alanın salınımlarının fazlarını değiştirirken manyetik polarizasyonlarını korurlar. Ancak onu yaratmak için alternatif elektromanyetik alanın enerjisinin bir kısmı ona harcanır.

2. Bir elektronun manyetik polarizasyonu ilk kez yaratıldığında, sonraki salınımlar sırasında EMF tarafından enerji tüketimi olmadan korunur, böylece ikincisi kalan enerjiyi düz bir kapasitörün plakaları üzerinde ek girdap akışlarının oluşumu için harcar. .

3. Bu kapasitör şarj işleminin bir sınırı vardır, bu durumda 700 volt

Testatika Serbest Enerji Jeneratörünün çalışma prensibi

Ücretsiz bir enerji jeneratörü oluşturmak için iki temel hükmü bilmeniz gerekir.

1. Serbest enerjinin ana kaynağı, atom seviyesindeki yüklü parçacıkların (elektronlar, protonlar vb.) döndürülmesiyle oluşan Yüksek Frekanslı Alternatif Elektromanyetik Alandır (eter).

2. Bu salınımların enerjisini yakalamak için, Yüksek Frekanslı Alternatif Elektromanyetik Alanın (eter) salınım frekansının frekans katlarında elektromanyetik salınımların meydana geldiği bir jeneratör oluşturmanız gerekir.

Dolayısıyla Testatika, üzerinde birbirinden izole edilmiş bakır ve alüminyum sektörlerinin yer aldığı, iki tekerleği zıt yönlerde döndüğünde oluşan yüksek frekanslı salınımların jeneratörü olmalıdır. Jeneratörde mekanik kontak yoktur. Enerji indüksiyonla sektörlerden uzaklaştırılır. Böyle bir tasarımla doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Sürtünme ve pillerin tamamen yokluğunda bakır ve alüminyum sektörlerinde yükler nasıl oluşuyor? Çünkü yalnızca yüklerin varlığında bu jeneratör yüksek frekanslı salınımlar yaratacaktır. Örneğin, bir tekerlekte 60 yüklü bakır sektör ve diğerinde 60 yüklü alüminyum sektör varsa, o zaman tekerleğin bir dönüşünde salınım frekansı 3600 Hz ve iki 7200 Hz vb. olacaktır.

İlgilenenler bedava enerji Bauman'ın sektörlerde seçmen veya radyoaktif element kullandığı varsayılmıştır.

Aslında işler çok daha basit. Dediğim gibi Testatika'nın bir tekerleği bakır levha sektörleriyle kaplı, ters yönde dönen diğer tekerleği ise alüminyum levha sektörleriyle kaplı. Ve bu sektörlerin her ikisi de aynı anda Şekil 2'de gösterilen solenoidli bir mıknatısın altından geçmektedir. Yani zıt tekerleklerdeki bu sektörler, bu makalede prensibini analiz ettiğim değişken düz bir kapasitör oluşturur.

Bir iletkenin kapasitansına denir fiziksel miktar, sayısal olarak iletkene verilen yükün potansiyeline oranına eşittir: ,

burada C iletkenin elektrik kapasitesidir, q elektrik miktarıdır (yük), j potansiyeldir. Elektrik kapasitesi iletkenin kendisinin bir özelliğidir ve şekline ve boyutuna bağlıdır. Geometrik olarak benzer iletkenler, doğrusal boyutlarıyla doğru orantılı olan kapasitanslara sahiptir. Kapasitans, iletkeni çevreleyen ortamın geçirgenliğiyle doğru orantılıdır. Kapasitans, iletkenin malzemesine veya iletkenin içindeki boşlukların varlığına bağlı değildir. Bunun nedeni, ücretlerin yalnızca dış yüzey kondüktör.

Farad, SI cinsinden elektriksel kapasite birimi olarak alınır - I volt potansiyeline sahip bir iletkenin kendisine I coulomb'luk bir yük verildiğinde kapasitansı, yani

İletkenin yakınında başka cisimler varsa, elektrik kapasitesi aynı ancak tek iletkeninkinden daha büyük olacaktır.

Birbirine göre böyle bir şekle ve böyle bir düzenlemeye sahip iki iletkenden oluşan bir sisteme, kendilerine zıt ve aynı yüklerle verildiklerinde oluşturdukları elektrik alanının neredeyse tamamen aralarında yoğunlaştığı bir sisteme kapasitör denir. Kapasitörün kapasitesi şu oranla belirlenir:

burada q kapasitör plakalarından birinin yüküdür, kapasitör plakaları arasındaki potansiyel fark veya voltajdır.

a) düz bir kapasitör düşünün:

Kondansatör plakaları arasındaki potansiyel farkını gösterelim

Daha sonra elektrik kapasitesinin tanımından şu sonuç çıkar: .

Düz bir kapasitörün plakaları arasındaki alan kuvveti iki plaka tarafından oluşturulur ve şuna eşittir:

Düz bir kapasitörün plakaları arasındaki potansiyel farkı hesaplayalım:

Son olarak düz bir kapasitörün elektrik kapasitansı formülünü elde ederiz: .

b) silindirik bir kapasitör düşünün (böyle bir kapasitörün plakaları arasındaki alan silindirik simetriye sahiptir)

Kapasitörün içindeki dış kaplama alan oluşturmaz.

Kapasitörün içindeki alan kuvveti, iç astardaki yük tarafından oluşturulur ve şuna eşittir:

; ;

O halde silindirik bir kapasitörün plakaları üzerindeki potansiyel fark şuna eşittir:

Bu nedenle silindirik bir kapasitörün elektrik kapasitansı: .

c) küresel bir kapasitör düşünün (böyle bir kapasitörün plakaları arasındaki alan küresel simetriye sahiptir).

Kapasitörün içindeki alan kuvveti, iç küresel plaka üzerindeki yük tarafından oluşturulur ve şuna eşittir: .

Daha sonra küresel kapasitörün plakaları üzerindeki potansiyel fark:

Bu nedenle küresel bir kapasitörün kapasitansı: .

Balistik galvanometre - küçük, hızlı akan elektrik miktarlarını (yük) ölçen bir cihaz. Yapısı, geleneksel bir manyetoelektrik sistem cihazının yapısıyla örtüşmektedir, ancak hareketli çerçeve büyük bir atalet momentine sahiptir ve çerçeveden kısa bir akım darbesi aktığında, akım gücüyle orantılı bir torktan etkilenir. çerçeve: M ~ I (bu durumda mevcut akış süresi çerçevenin doğal salınım periyodundan çok daha az olmalıdır). Dönme hareketinin dinamiğinin temel denklemine göre: , ancak o zamandan beri döngünün momenti, akımın zaman içindeki integraliyle, yani döngüden akan yük miktarıyla orantılı olacaktır: ~ q, burada : I döngünün eylemsizlik momentidir, w ise açısal hızıdır.

Galvanometre iğnesinin ilk en büyük sapması, hareketin başlangıcında çerçevenin maksimum açısal hızıyla orantılıdır; bu, mekanik enerjinin korunumu yasasından kaynaklanır: , burada: k - sabit katsayı, j maksimum - çerçevenin maksimum sapma açısı.

Bu nedenle galvanometre işaretçisinin en büyük sapması n~j max ~w max ~q veya burada: A, galvanometrenin balistik sabitidir.

Balistik sabiti belirlemek için, galvanometreden bilinen bir yük geçirilir; örneğin, U potansiyel farkına kadar yüklenen bilinen kapasiteye sahip bir kapasitör, galvanometreden boşaltılır ve galvanometre iğnesinin sapması belirlenir (bölünme sayısı). n ölçekte). Bu durumda balistik sabit eşittir: .

Ayarlama

Gerilim Voltmetre Anahtarı

C izv C 1 C 2 3

Şekil 1 Dış görünüş laboratuvar standı.

DİKKAT! Stand, 12 V DC voltaj kaynağından beslenir.Montajlı devre bir öğretmen veya laboratuvar asistanı tarafından kontrol edilmeli, ardından voltaj kaynağı açılabilir. Çalışmada ışık göstergeli bir galvanometre kullanılıyorsa, 220 V ağa ve girişi standdaki 2 numaralı terminallere bağlanacaktır (bkz. Şekil I).

İş yapma ve ölçüm sonuçlarını işleme prosedürü:

1. Laboratuvar standını tanıdıktan sonra, kabloları bağlantı kabloları yardımıyla stand üzerinde bulunan bilinen kapasitanslı bir kapasitöre (terminaller C izv) terminal 3'e bağlayarak devreyi şekle göre monte ederler.

2 . Anahtar sol konuma ayarlandığında (kondansatör şarj oluyor), bir potansiyometre kullanılarak kapasitöre voltaj uygulanır. Gerilim bir voltmetre ile ölçülür.

3 . Anahtarı doğru konuma ayarlayarak (kapasitör galvanometreye boşaltılır), galvanometre iğnesinin sapmasını gözlemleyin ve ilk en büyük sapmayı ölçün. Sonuçlar tablo 1'e girilmiştir.

4 . Deney, kapasitör üzerindeki voltajı 1-10 volt aralığında değiştirerek 10 kez tekrarlanır.

5 . Yapılan ölçümlere dayanarak, galvanometre iğnesinin n apsis ekseni boyunca sapmasını ve ordinat ekseni boyunca yükün q büyüklüğünü gösteren bir kalibrasyon grafiği oluşturulur.

6 . Bilinmeyen kapasitans C1 kapasitörünü terminal 3'e bağlayın ve üç farklı voltaj için 1-3. maddelerde belirtilen adımları uygulayın. Sonuçlar tablo 2'ye girilmiştir.

7 . Aynı adımlar, kapasitesi bilinmeyen başka bir kapasitör C2 ile tekrarlanır.

8 . Art arda ölçümler yapın ve ardından paralel bağlantı kapasitörler C 1 ve C 2. 6, 7, 8. paragraflardaki tüm ölçümler 3 kez tekrarlanır (üç kez) Farklı anlamlar U voltajı, galvanometre iğnesinde yeterince büyük sapmalar verecek şekilde, ancak kalibrasyon grafiğinin sınırları dahilinde).

9 . Kapasitesi bilinmeyen kapasitörlerle yapılan deneylerde elde edilen galvanometre okumalarına göre yükleri q i kalibrasyon grafiğinden belirlenir. Bilinmeyen kapasitenin değeri formülle bulunur ve tablo 2'ye girilir.

10 . Her durum için ortalama kapasitans değerini bulun: ve ölçümünün ortalama karekök hatası:

Kontrol soruları:

1. Paralel ve kapasitans için bir formül türetin seri bağlantı kapasitörler.

2. Galvanometre okumasının akan yük miktarıyla orantılı olması için galvanometre çerçevesinin doğal salınım periyodu ile yük akış süresi nasıl ilişkilendirilmelidir?

3. hava kondansatörüşarj edilir ve kaynakla bağlantısı kesilir. Plakalar arasına bir dielektrik uygulandığında potansiyel fark nasıl ve neden değişecek?

4. Hava kapasitörü sabit bir voltaj kaynağına bağlanır. Plakalar arasına dielektrik yerleştirildikten sonra kapasitörün yükü değişecek mi? Neden?

5. Dielektrik kapasitör şarj edilir ve voltaj kaynağından ayrılır. Dielektrik kaldırılırsa dış kuvvetler tarafından iş yapılır mı? Neden?

Edebiyat:

1.I.V. Saveliev. Fizik dersi, M.: Nauka., 1973-2006.

2. T. I. Trofimova. Fizik dersi, M.: Yüksekokul., 1985-2006.

3.N.A.Skorokhvatov.Elektromanyetizma üzerine dersler, M.: MIIGAiK., 2006.

Laboratuvar işi № 204

KİRCHOFF KURALLARININ KONTROL EDİLMESİ

Aletler ve aksesuarlar: monte edilmiş dallanmış elektrik devresi ve iki ayaklı bir stand ile laboratuvar kurulumu ölçüm aletleri(miliammetre ve voltmetre).

İşin amacı: 1) Dallanmış devrelerde akım ve gerilimleri hesaplamak için ana yöntemlerden biriyle tanışma elektrik devreleri. 2) Tesisattaki akım, EMF ve gerilimlerin deneysel olarak belirlenmesiyle Kirchhoff kurallarının doğrulanması, devre şemasıŞekil 1a'da gösterilmektedir.