Elektrostatinė indukcija- reiškinys, kai organizmą veikia išorinis elektrostatinis laukaselektrinis laukas. Reiškinys atsiranda dėl persiskirstymomokesčiailaidžių kūnų viduje, taip pat poliarizuojant vidines mikrostruktūras nelaidžiiems kūnams. Išorinis elektrinis laukas gali būti gerokai iškraipytas šalia kūno, turinčio indukuotą elektrinį lauką.
Dielektrikai elektriniame lauke nesielgia kaip laidininkai, nors jie turi kažką bendro. Dielektrikai nuo laidininkų skiriasi tuo, kad juose nėra laisvųjų krūvininkų. Vis dėlto jų yra, bet labai mažais kiekiais. Laidininkuose tokie krūvininkai yra elektronai, kurie laisvai juda išilgai metalų kristalinės gardelės. Tačiau dielektrikuose elektronai yra tvirtai susieti su savo atomais ir negali laisvai judėti. Įvedant dielektriką į elektrinį lauką, jame elektrifikacija vyksta kaip ir laidininke. Skirtumas tarp dielektrikų yra tas, kad elektronai negali laisvai judėti visame tūryje, kaip tai atsitinka laidininkuose. Tačiau veikiamas išorės elektrinis laukas Dielektrinės medžiagos molekulės viduje atsiranda tam tikras krūvių poslinkis. Teigiamas juda lauko kryptimi, o neigiamas – prieš jį. Dėl to paviršius gauna tam tikrą krūvį. Krūvio susidarymo procesas dielektrikų paviršiuje veikiant elektriniam laukui vadinamas dielektriko poliarizacija. Visi dielektrikai skirstomi į dvi kategorijas. Pirmajai kategorijai priklausantys dielektrikai turi molekules, kurios sudaro dipolius net ir nesant išorinio elektrinio lauko. Jie vadinami poliniais. Poliariniai dielektrikai yra vanduo, amoniakas, acetonas ir eteris. Tokių dielektrikų dipoliai nesant lauko išsidėsto chaotiškai dėl šiluminio judėjimo. Ir todėl tokios medžiagos paviršiaus krūvis yra lygus nuliui. Bet kai jis patenka į išorinį elektrinį lauką, dipoliai, tai yra, molekulė, linkę suktis išilgai lauko. Pasirodo, ankstesnio dipolio teigiamas krūvis žiūri į neigiamą kito dipolio krūvį. Todėl jie vienas kitą kompensuoja. Tačiau dipoliai, esantys šalia paties paviršiaus, neturi poros. Taigi medžiagos paviršiuje susidaro nekompensuoti surištieji krūviai. Viena vertus, yra teigiamų, o iš kitos – neigiamų. Bet tam neleidžia molekulių terminis judėjimas.
1 paveikslas – poliarinio dielektriko poliarizacija
Antroji dielektrikų kategorija yra tie, kurie turi teigiamus ir neigiamus krūvius molekulės viduje laisvoje būsenoje. Tačiau jie yra taip arti vienas kito, kad jų įtaka vienas kitą panaikina. Tačiau kai tokia molekulė įvedama į lauką, krūviai pasislinks tam tikru atstumu. Taigi susidaro dipolis. Tokių molekulių šiluminis judėjimas neveikia, todėl poliarizacija jose nepriklauso nuo temperatūros.
2 pav. – nepolinio dielektriko poliarizacija
Dielektrikų paviršiuje esantys krūviai, skirtingai nuo laidininkų indukuotų krūvių, negali būti atskirti nuo paviršiaus. Pašalinus elektrinį lauką, poliarizacija išnyks. Mokesčiai vėl bus perskirstyti pagal medžiagos kiekį. Lauko stiprumas negali būti didinamas neribotą laiką. Kadangi esant tam tikrai vertei, krūviai pasislinks tiek, kad įvyks struktūrinis medžiagos pokytis, kitaip tariant, dielektrikas suirs. Tokiu atveju jis praranda savo izoliacines savybes.
Jei medžiaga yra elektriniame lauke, tai veikiamas branduolių poslinkis elektros jėgos yra nereikšmingas, o mažos masės elektronų poslinkis gali būti reikšmingas.
Elektrostatinė indukcija yra laisvųjų krūvių perskirstymas laidininke išoriniame lauke.
Indukciniai krūviai, kylantys ties laidininko ribomis, sukuria lauką, kuris sumuojasi su išoriniu:
Laidininkuose laisvųjų elektronų skaičius yra labai didelis, todėl jų persiskirstymas tęsiasi iki
Dėl to su elektrostatine indukcija:
1) kadangi , tada laidininko paviršius ir tūris yra ekvipotencialūs,
2) kadangi , tada laidininko viduje nėra indukcinių krūvių,
3) ant laidininko paviršių atsiranda indukciniai krūviai ir atsirandantis laukas atsiranda už laidininko ribų.
3) susidariusio lauko linijos už laidininko yra statmenos jo paviršiui.
29 paveiksle parodytas vienodo elektrinio lauko iškraipymas įdėjus į jį savavališkos formos neįkrautą laidininką, o 30 paveiksle parodytas teigiamo krūvio lauko iškraipymas įvedus į jį neįkrautą laidį rutulį.
Jei ištrauksite vidinė dalis laidininkas, tada laisvųjų elektronų persiskirstymo procese niekas nepasikeis, todėl panašūs reiškiniai stebimi bet kokiems, kietiems ar tuščiaviduriams, ir net metalinio tinklelio pavidalo laidininkams.
Tie patys procesai vyksta įelektrintus laidininkus įvedant į elektrinį lauką.
29 pav. 30 pav. 31 pav
Jei tuščiavidurio laidininko, pavyzdžiui, sferinio apvalkalo, viduje yra taškinis krūvis q, tai elektrostatinė indukcija stebima ir laidininke (31 pav.).
Laidininko viduje parinksime uždarą paviršių, nes gautas laukas viduje lygus nuliui, tada srautas taip pat turi būti lygus nuliui.
Pasirinkto paviršiaus viduje yra taškinis ir indukciniai krūviai. Tada:
Tai reiškia, kad indukcinio krūvio dydis vidiniame laidininko paviršiuje yra lygus dydžiui taškinis mokestis. Pagal krūvio tvermės dėsnį indukcinio krūvio dydis išoriniame laidininko paviršiuje yra toks pat.
Kadangi laidininko paviršius yra ekvipotencialus, susidariusio lauko linijos tiek jo viduje, tiek išorėje yra statmenos paviršiui.
Sąvoka „įžeminimas“ reiškia laidininko sujungimą su labai dideliu atstumu (praktiškai su žemės paviršiumi). Tokiu atveju krūviai „išeina“ iš išorinio laidininko paviršiaus ir laidininkas gali tarnauti kaip elektrostatinė išorinės erdvės apsauga nuo vidinio krūvio lauko.
SAVARANKIŠKAI. VI: 1. Earnshaw teorema
2.Laidžių naudojimas kaip elektrostatinė apsauga.
3. Elektrostatinio generatoriaus R. Van de Graaff projektavimas ir panaudojimas.
Grįžimas į mokyklą
Prieš atsakant į klausimą, kas yra elektrostatinė indukcija, būtina išsiaiškinti, ką tiksliai reiškia terminas „laidininkas“. Nors mokyklinėse fizikos pamokose tam skirtos ištisos temos, su elektros įrenginių remontu ir priežiūra tiesiogiai nesusidūręs žmogus dažnai po kurio laiko netenka nepanaudotų žinių. Tai gana natūralu, todėl prisiminkime pagrindinius dalykus, kurių nesuvokus neįmanoma paaiškinti, kas yra elektrostatinė indukcija.
Įkrautų dalelių judėjimas laidžiose medžiagose
Įsivaizduokime tai tarpelyje elektros grandinė, susidedantis iš ampermetro, rezistoriaus ir šaltinio, įjungiamas sausas medinis blokas. Skaitiklio rodyklė liks ties nuliu. Bet jei mediena pakeičiama metalu, ampermetras parodys pastovią srovės, tekančios per grandinę, vertę. Vadinasi, priklausomai nuo atsparumo srovei, visas medžiagas galima suskirstyti į tris dideles grupes – laidininkus, dielektrikus ir puslaidininkius. Žymiausi pirmosios grupės atstovai – kietmetalai.
Laidininko ir lauko stiprumo linijos
Jei neįkrautas metalo mėginys yra patalpintas į elektrinį lauką, tada jame atsiras tvarkingas ir kryptingas laisvųjų elektros krūvininkų judėjimas, geriau žinomas kaip srovė. Lauko stiprumo linijų vektorius ir srovės kryptis yra priešingi. Metaluose laidumą lemia elektronų judėjimas. Kadangi mėginys nėra uždaros grandinės dalis, veikiant laukui, jame įvyks laisvųjų krūvininkų persiskirstymas: vienoje pusėje kaupsis elektronai, sudarydami neigiamą potencialą, o kitoje - jų trūkumas. , tai yra teigiamas ženklas. Šis reiškinys atsiranda dėl išorinio elektrinio lauko poveikio ir vadinamas „indukcija“. Taip pat galime pasakyti, kad elektrostatinė indukcija yra elektrinio lauko sukeltas krūvininkų persiskirstymo reiškinys. Pažymėtina, kad laidininką veikia ir indukcija.Taigi indukcija, prasiskverbianti į laidžiąją medžiagą, sukuria joje indukuotą srovę. Taip pat dėl įmagnetinimo susidaro medžiagos indukcijos iš išorinio lauko ir susidariusio vidinio lauko sumavimas. Sąvoka „visiška indukcija“ reiškia tik šią sumą.
Lauko sąveika
Aplink kiekvieną krūvių (+ ir -) koncentraciją iš laidžios medžiagos kraštų atsiranda savas laukas. Jis sąveikauja su išore ir yra nukreiptas prieš jį. Perskirstymas sukelia krūvių lauko sumažėjimą, tai vyksta tol, kol jo intensyvumas pačiame laidininke tampa lygus nuliui. Be to, krūvių koncentracija iškreipia išorinio lauko stiprumo linijas taip, kad jos tampa statmenos medžiagai. Anksčiau mes konkrečiai nurodėme, kad kalbame apie neįkrautą laidininką. Elektrostatinė indukcija pasižymi tuo, kad nors į elektrinį lauką pakliuvusiame laidininke ir vyksta krūvių pasiskirstymas, jis lieka neįkrautas.
Ypatumai
Kadangi krūviai dažniausiai užima kraštutines pozicijas, jie yra mėginio paviršiuje. Net jei yra vidinė tuščia erdvė, galiausiai viduje esantis laukas linkęs į nulį. Tai leidžia organizuoti efektyvią jautrių prietaisų apsaugą nuo išorinių veiksmų.“Apsaugotas” objektas patalpinamas laidžios sferos viduje (tinka ir metalinis tinklelis): jos paviršiuje kaupiasi indukuoti krūviai, suformuodami savo lauką, kuris sferos viduje subalansuoja išorinės įtaką.
Elektrinio lauko veikimas apima visus materialius objektus: nuo makroskopinių kūnų, su kuriais susiduriame kasdieniame gyvenime, iki mažiausių dalelių, sudarančių materiją - elektronų, protonų, jonų. Tikroji šių dalelių sąveika su elektriniu lauku lemia visos medžiagos elektrines savybes.
Fizinių kūnų elektrines savybes lemia elektronai, protonai ir jonai.
Panagrinėkime elektrinio lauko sąveiką su labiausiai paplitusia klase laidininkai- metalai.
Paimkime du metalinius cilindrus ir kiekvieną iš jų prijunkite prie įžeminto elektrometro strypo. Cilindrus pastatykime tarp lygiagrečių metalinių plokščių taip, kad vienas kitą liesdami sudarytų vientisą korpusą (4.37 pav.) Kai tik plokštelėms pateiksime krūvius, elektrometrų rodyklės nukryps ir parodys, kad ant jų atsiranda krūviai. cilindrus. Jei iškrausite plokštes, cilindrų krūviai taip pat išnyks. Taigi, krūvių atsiradimas ant cilindrų yra susijęs su elektrinio lauko veikimu.
Krūvių atsiradimo ant laidininkų elektriniame lauke reiškinys vadinamas elektrostatinė indukcija.
Elektrostatinė indukcija atrado vokiečių fizikas J.K. Wilke 1757 metais
Pakartosime ankstesnį eksperimentą, bet po to atskirsime cilindrus ir iškrausime plokštes. Elektrometrai parodys, ar kiekviename cilindre yra krūvių (4.38 pav.). Ištyrus balionų krūvius naudojant kailiu patrintą ebonito pagaliuką, paaiškės, kad cilindrai įkraunami skirtingai.
Fenomenas elektrostatinė indukcija galima paaiškinti remiantis elektroninėmis sąvokomis.
Metalinis laidininkas turi kristalinę struktūrą. Kristalinės gardelės mazguose yra teigiamų metalų jonų, o tarp jų – elektronų dujos. Tai daugybės elektronų, praktiškai nesusijusių su atomais ir nuolatinio šiluminio judėjimo, rinkinys.
Neįkrautame kūne bendras elektronų krūvis lygus visų jonų krūviui. Todėl normaliomis sąlygomis kiekvienas laidininkas yra elektriškai neutralus.
Jei prisidėsime dirigentasį elektrinį lauką tarp dviejų priešingai įkrautų plokščių, tada veikiami elektrinio lauko laisvieji elektronai pasislinks, o teigiami jonai išliks ankstesnėje padėtyje. Viename laidininko gale bus elektronų perteklius, o kitame – trūkumas (4.39 pav.). Atskirtos įkrautos dalelės turės savo elektrinį lauką, kurio stiprumas E' turės kryptį, priešingą įkrautų plokščių lauko stiprumo krypčiai. „Vidinio“ lauko stiprumo modulis E' bus lygus išorinio lauko stiprio moduliui E 0 . Pagal superpozicijos principą bendras elektrinio lauko stipris laidininko viduje bus lygus nuliui:
E 0 - E’ = 0.
Jei laidininkas susideda iš dviejų dalių, kaip ir aukščiau aprašytame eksperimente, tada jas galima atskirti ir pašalinti iš elektrinio lauko. Vienoje dalyje bus elektronų perteklius, o kitoje – jonų perteklius. Tai yra, kiekviena dalis dirigentas turės elektros krūvį.
Panašus reiškinys stebimas ir elektrifikuojant kūnus elektriniame lauke. Jei įkrautą lazdą atnešite į rutulį, kuris anksčiau nebuvo įkrautas, rutulys pradės traukti prie lazdos. Tai galima paaiškinti tuo, kad rutulyje veikiant (4.40 pav.) įkrautos lazdos elektriniam laukui, įelektrintos dalelės persiskirstys taip, kad ant dalies, esančios arčiau lazdos, atsiras. įkrautų dalelių perteklius, kurio ženklas yra priešingas lazdos krūvio ženklui. Todėl visas rutulys pradės judėti lazdos link. Medžiaga iš svetainės
Taigi, jei jie sako, kad įkrauti kūnai pritraukia neįkrautus, jie turi omenyje jų elektrifikacijos būseną prieš eksperimentą. Stebėtą sąveiką sukelia elektrifikavimas neįkrautas kūnas elektriniame lauke. Su elektriniu lauku nesąveikauja tik elementariosios dalelės neutronas, kuris yra atomo branduolio dalis ir neturi elektros krūvio. Neutrono sąveika su protonais branduolyje yra visiškai kitokia, neelektrinė.
Reiškinio pasekmės elektrostatinė indukcija naudojami gaminant ekranus, apsaugančius kūnus nuo elektrinių laukų veikimo (4.41 pav.). Metaliniai įžeminti skydai naudojami laboratorijose, siekiant apsaugoti tyrėjus atliekant eksperimentus aukštos įtampos. Metaliniai ekranai atskiria įvairias radioelektroninių prietaisų dalis nuo nepageidaujamo tarpusavio poveikio, jei jos yra arti viena kitos.
Šiame puslapyje yra medžiagos šiomis temomis:
33. Kas vadinama elektrostatine indukcija? paaiškinti jo mechanizmą.
„Explorer“ fizikos ataskaita
Elektrostatinė indukcija laiduose
-
Elektrinio lauko samprata
Yra žinoma, kad elektrinio lauko jėgos veikia elektros krūvius supančioje erdvėje. Daugybė eksperimentų su įkrautais kūnais tai visiškai patvirtina. Erdvė, supanti bet kurį įkrautą kūną, yra elektrinis laukas, kuriame veikia elektrinės jėgos.
Lauko jėgų kryptis vadinama elektrinio lauko linijomis. Todėl tradiciškai manoma, kad Elektrinis laukas yra jėgos linijų rinkinys.
Lauko linijos turi tam tikrų savybių:
Jėgos linijos visada palieka teigiamai įkrautą kūną ir patenka į neigiamą krūvį;
jie išeina visomis kryptimis statmenai įkrauto kūno paviršiui ir įeina į jį statmenai;
Atrodo, kad dviejų panašiai įkrautų kūnų jėgos linijos atstumia viena kitą, o priešingai įkrautų kūnų – traukia.
Elektrinio lauko linijos visada yra atviros, nes nutrūksta įkrautų kūnų paviršiuje. Elektra įkrauti kūnai sąveikauja vienas su kitu: priešingai įkrauti kūnai traukia, o panašiai įkrauti kūnai atstumia.
Elektra įkrauti kūnai (dalelės), kurių krūviai q1 ir q2, sąveikauja vienas su kitu jėga F, kuri yra vektorinis dydis ir matuojamas niutonais (N). Priešingais krūviais kūnai vienas kitą traukia, o su panašiais krūviais atstumia.
Pritraukimo arba atstūmimo jėga priklauso nuo kūnų krūvių dydžio ir atstumo tarp jų.
Įkrauti kūnai vadinami taškiniais kūnais, jei jų linijiniai matmenys yra maži, palyginti su atstumu r tarp kūnų. Jų sąveikos jėgos F dydis priklauso nuo krūvių q1 ir q2 dydžio, atstumo r tarp jų ir terpės, kurioje yra elektros krūviai.
Jeigu erdvėje tarp kūnų yra ne oro, o koks nors kitas dielektrikas, t.y., nelaidus elektrai, tai kūnų sąveikos jėga sumažės.
Dydis, apibūdinantis dielektriko savybes ir parodantis, kiek kartų padidės sąveikos jėga tarp krūvių, jei duotas dielektrikas bus pakeistas oru, vadinamas santykine tam tikro dielektriko dielektriko konstanta.
Dielektrinė konstanta lygi: orui ir dujoms - 1; ebonitui - 2 - 4; žėručiui 5 - 8; aliejui 2 - 5; popieriui 2 - 2,5; parafinui - 2 - 2,6.
Elektrostatinė indukcija
Jei sferinės formos laidžiam kūnui A, izoliuotam nuo aplinkinių objektų, suteikiamas neigiamas elektros krūvis, tai yra, jame susidaro elektronų perteklius, tai šis krūvis bus tolygiai paskirstytas kūno paviršiuje. Taip atsitinka todėl, kad elektronai, atstumdami vienas kitą, linkę pasiekti kūno paviršių.
Į kūno A lauką pastatykime neįkrautą kūną B, taip pat izoliuotą nuo aplinkinių objektų. Tada kūno B paviršiuje atsiras elektros krūviai, o kūno A šone susidarys priešingas kūno krūviui. kūnas A (teigiamas), o kitoje pusėje – to paties pavadinimo, kaip ir kūno A krūvis (neigiamas). Tokiu būdu pasiskirstę elektros krūviai kūno B paviršiuje išlieka tol, kol jis yra kūno A lauke. Jei kūnas B išimamas iš lauko arba kūnas A pašalinamas, tai elektros krūvis kūno paviršiuje. kūnas B yra neutralizuotas. Šis elektrifikavimo per atstumą būdas vadinamas elektrostatinė indukcija arba elektrifikacija veikiant.
Akivaizdu, kad tokia įelektrinta kūno būsena yra priverstinė ir palaikoma vien tik kūno A sukurto elektrinio lauko jėgų veikimo.
Jei darysite tą patį, kai kūnas A yra teigiamai įkrautas, tada laisvieji elektronai iš žmogaus rankos pateks į kūną B, neutralizuodami jį. teigiamas krūvis, o kūnas B bus neigiamai įkrautas.
Kuo didesnis kūno A elektrifikacijos laipsnis, ty kuo didesnis jo potencialas, tuo didesnis potencialas, kurį kūnas B gali elektrifikuoti elektrostatinės indukcijos būdu.
Taigi padarėme išvadą, kad elektrostatinės indukcijos reiškinys tam tikromis sąlygomis leidžia kauptis laidžių kūnų paviršiuje.
Kiekvienas kūnas gali būti įkrautas iki tam tikros ribos, tai yra iki tam tikro potencialo; Potencialo padidėjimas viršija ribą reiškia, kad kūnas išleidžiamas į supančią atmosferą. Skirtingiems kūnams reikia skirtingų elektros energijos kiekių, kad jų potencialas būtų vienodas. Kitaip tariant, skirtinguose kūnuose yra skirtingas elektros kiekis, tai yra, jie turi skirtingą elektrinį pajėgumą(arba tiesiog talpa).
Elektrinė talpa yra kūno gebėjimas išlaikyti tam tikrą elektros energijos kiekį, padidinant jo potencialą iki tam tikros vertės. Kuo didesnis kūno paviršius, tuo daugiau elektros krūvio jame gali būti.
Jei kūnas yra rutulio formos, tada jo talpa tiesiogiai priklauso nuo rutulio spindulio. Talpa matuojama faradais.
Faradas - kūno talpa, kuri, gavusi vieno kulono elektros krūvį, padidina savo potencialą vienu voltu. 1 faradas = 1 000 000 mikrofaradų.
Elektrinė talpa, ty laidžių kūnų savybė kaupti elektros krūvį, plačiai naudojama elektrotechnikoje. Prietaisas pagrįstas šia savybe.
Kondensatoriaus talpa
Kondensatorius susideda iš dviejų metalinių plokščių (plokštelių), izoliuotų viena nuo kitos oro sluoksniu arba kokiu nors kitu dielektriku (žėručiu, popieriumi ir kt.).
Jei vienai iš plokštelių suteikiamas teigiamas, o kitai neigiamas krūvis, t.y. jos įkraunamos priešingai, tai plokščių krūviai, vienas kitą traukiantys, bus laikomi ant plokštelių. Tai leidžia ant plokštelių sutelkti daug didesnį elektros energijos kiekį, nei įkraudami jas atstumu vienas nuo kito.
Vadinasi, jis gali tarnauti kaip prietaisas, kuris savo plokštelėse kaupia didelį kiekį elektros energijos. Kitaip tariant, kondensatorius yra elektros energijos kaupimas.
Kondensatoriaus talpa yra tokia:
C = e S/4 π l
kur C yra talpa; e - dielektrinė konstanta dielektrinis; S yra vienos plokštės plotas cm2, π yra pastovus skaičius, lygus 3,14; l yra atstumas tarp plokščių cm.
Iš šios formulės matyti, kad didėjant plokščių plotui, didėja kondensatoriaus talpa, o didėjant atstumui tarp jų – mažėja.
Paaiškinkime šią priklausomybę. Kuo didesnis plokščių plotas, tuo didesnį elektros energijos kiekį jos gali sutalpinti, taigi ir kondensatoriaus talpa bus didesnė.
Mažėjant atstumui tarp plokščių, didėja tarpusavio įtaka (indukcija) tarp jų krūvių, todėl galima sutelkti daugiau elektros energijos ant plokštelių, todėl padidėja kondensatoriaus talpa.
Taigi, jei norime gauti didelės talpos kondensatorių, turime paimti didelio ploto plokštes ir jas izoliuoti kartu su plonu dielektriko sluoksniu.
Formulė taip pat rodo, kad didėjant dielektriko dielektrinei konstantai, didėja kondensatoriaus talpa.
Vadinasi, kondensatoriai, kurių geometriniai matmenys yra vienodi, bet turi skirtingus dielektrikus, turi skirtingą talpą.
Jei, pavyzdžiui, paimsite kondensatorių su oro dielektriku, kurio dielektrinė konstanta lygi vienetui, ir tarp jo plokščių įdėsite žėrutį, kurio dielektrinė konstanta yra 5, tada kondensatoriaus talpa padidės 5 kartus.
Štai kodėl, norint gauti dideles talpas, kaip dielektrikai naudojamos tokios medžiagos kaip žėrutis, parafinu impregnuotas popierius ir kt., kurių dielektrinė konstanta yra daug didesnė nei oro.
Atsižvelgiant į tai, išskiriami šie kondensatorių tipai: oro, su kietu dielektriku ir su skystu dielektriku.
Kondensatoriaus įkrovimas ir iškrovimas. Poslinkio srovė
Prijungkime prie grandinės pastovų kondensatorių. Kai jungiklis nustatytas į kaištį a, kondensatorius bus prijungtas prie akumuliatoriaus grandinės. Miliampermetro adata nukryps tuo metu, kai kondensatorius prijungtas prie grandinės, o tada pereis į nulį.
Todėl aš praėjau palei grandinę elektros tam tikra kryptimi. Jei dabar jungiklis dedamas ant kontakto b (t. y. plokštės uždarytos), miliampermetro adata nukryps į kitą pusę ir vėl eis į nulį. Vadinasi, srovė taip pat ėjo per grandinę, bet kita kryptimi. Išanalizuokime šį reiškinį.
Kai kondensatorius buvo prijungtas prie akumuliatoriaus, jis buvo įkrautas, tai yra, jo plokštės gavo vieną teigiamą, o kitą neigiami krūviai. Įkrovimas tęsėsi tol, kol įtampa tarp kondensatoriaus plokščių prilygo akumuliatoriaus įtampai. Su grandine nuosekliai sujungtas miliametras rodė kondensatoriaus įkrovimo srovę, kuri sustojo vos tik kondensatorius buvo įkrautas.
Atjungus kondensatorių nuo akumuliatoriaus jis liko įkrautas, o potencialų skirtumas tarp jo plokščių buvo lygus akumuliatoriaus įtampai.
Tačiau kai tik kondensatorius buvo uždarytas, jis pradėjo išsikrauti, o iškrovos srovė tekėjo per grandinę, bet ta kryptimi atvirkštinė srovė mokestis. Tai tęsėsi tol, kol išnyko potencialų skirtumas tarp plokščių, tai yra, kol išsikrovė kondensatorius.
Vadinasi, jei kondensatorius yra prijungtas prie nuolatinės srovės grandinės, srovė grandinėje tekės tik tuo momentu, kai kondensatorius bus įkrautas, o tada grandinėje nebus srovės, nes grandinę nutrauks dielektrikas. kondensatorius.
Todėl jie taip sako "Kondensatorius neleidžia nuolatinei srovei praeiti."
Elektros kiekis (Q), kurį galima koncentruoti kondensatoriaus plokštelėse, jo talpa (C) ir į kondensatorių tiekiamos įtampos kiekis (U) yra susiję su tokiu ryšiu: Q = CU.
Ši formulė rodo, kad kuo didesnė kondensatoriaus talpa, tuo didesnis elektros kiekis gali būti sukoncentruotas jame, labai nepadidinant jo plokščių įtampos.
Padidėjus įtampai esant pastoviai talpai, taip pat padidėja kondensatoriaus sukauptos elektros energijos kiekis. Tačiau jei ant kondensatoriaus plokštelių bus prijungta aukšta įtampa, kondensatorius gali „sulaužyti“, t.y., veikiamas šios įtampos, dielektrikas kažkurioje vietoje subyrės ir leis per jį praeiti srovei. Kondensatorius nustos veikti. Kad kondensatoriai nebūtų pažeisti, ant jų nurodoma leistina darbinė įtampa.
Dielektrinės poliarizacijos reiškinys
Išsiaiškinkime tai dabar, kas nutinka dielektrike, kai įkraunamas ir iškraunamas kondensatorius ir kodėl talpos vertė priklauso nuo dielektriko dielektriko konstantos?Atsakymą į šį klausimą mums duoda elektroninė materijos sandaros teorija.
Dielektrike, kaip ir bet kuriame izoliatoriuje, laisvųjų elektronų nėra. Dielektriko atomuose elektronai yra tvirtai surišti su šerdimi, todėl kondensatoriaus plokštelėse esanti įtampa nesukelia kryptingo elektronų judėjimo jo dielektrikoje, t.y. elektros srovėje, kaip nutinka laidininkuose.
Tačiau įkrautų plokščių sukuriamų elektrinio lauko jėgų įtakoje aplink atomo branduolį besisukantys elektronai pasislenka link teigiamai įkrautos kondensatoriaus plokštės. Šiuo atveju atrodo, kad atomas yra ištemptas lauko linijų kryptimi. Tokia dielektriko atomų būsena vadinama poliarizuota, o pats reiškinys – dielektriko poliarizacija.
Išsikrovus kondensatoriui, sutrinka poliarizuota dielektriko būsena, t.y. išnyksta poliarizacijos sukeltas elektronų poslinkis branduolio atžvilgiu, o atomai grįžta į įprastą nepoliarizuotą būseną. Nustatyta, kad dielektriko buvimas susilpnina lauką tarp kondensatoriaus plokščių.
Skirtingi dielektrikai, veikiami to paties elektrinio lauko, yra nevienodo laipsnio poliarizuoti. Kuo lengviau dielektrikas poliarizuojamas, tuo labiau jis susilpnina lauką. Pavyzdžiui, oro poliarizacija sukelia mažiau lauko susilpnėjimo nei bet kurio kito dielektriko poliarizacija.
Tačiau susilpnėjus laukui tarp kondensatoriaus plokščių, ant jų gali būti sutelktas didesnis Q elektros kiekis esant ta pačiai įtampai U, o tai savo ruožtu padidina kondensatoriaus talpą, nes C = Q / U.
Taigi padarėme išvadą - Kuo didesnė dielektriko dielektrinė konstanta, tuo didesnė kondensatoriaus, kuriame yra šis dielektrikas, talpa.
Elektronų poslinkis dielektriko atomuose, vykstantis, kaip jau minėjome, veikiant elektrinio lauko jėgoms, dielektrike pirmuoju lauko veikimo momentu susidaro elektros srovė vadinama poslinkio srove. Jis taip pavadintas, nes, skirtingai nuo laidumo srovės metaliniuose laiduose, Poslinkio srovė susidaro tik dėl elektronų, judančių jų atomuose, poslinkio.
Dėl šios poslinkio srovės kondensatorius, prijungtas prie kintamosios srovės šaltinio, tampa jo laidininku.
Taip pat žiūrėkite šia tema:
