Formula kapacitivnosti kondenzatora u smislu napona. Punjenje kondenzatora iz izvora konstantne emf

05.07.2019 televizori (Smart TV)

Kondenzator je osnovna elektronska komponenta (zajedno sa otpornikom i induktorom) dizajnirana za skladištenje električne energije. Najbolja analogija za njegov rad bila bi poređenje sa baterijom. Međutim, osnova uređaja potonjeg su reverzibilne kemijske reakcije, a nakupljanje naboja na pločama kondenzatora je isključivo električne prirode.

Uređaj i princip rada

U najjednostavnijoj verziji dizajn se sastoji od dvije elektrode u obliku provodljivih ploča(zvane ploče), odvojene dielektrikom, čija je debljina zanemarljiva u odnosu na dimenzije ploča. Praktično korištene elektronske komponente sadrže mnogo slojeva dielektrika i elektroda. Dijagram koristi dva paralelna segmenta sa razmakom između njih kao oznaku za kondenzator. Oni simboliziraju metalne ploče ploča fizičkog uređaja, električno odvojene jedna od druge.

Mnogi smatraju Michaela Faradaya izumiteljem izuma, ali u stvari to nije tako. Ali on je učinio ono glavno - pokazao je prve praktične primjere i načine korištenja ovog uređaja za pohranjivanje električnog naboja u svojim eksperimentima. Zahvaljujući Faradeyu, čovječanstvo je dobilo način da izmjeri sposobnost akumulacije naboja. Ova vrijednost se naziva kapacitivnost i mjeri se u faradima.

Rad kondenzatora može se ilustrovati događajima koji se dešavaju u blicu digitalnog fotoaparata u vremenskom intervalu između pritiska na dugme i trenutka kada se blic ugasi. Osnova elektronskog kola ovog rasvjetnog uređaja je kondenzator, u kojoj se dešava sledeće:

Punjač. Nakon pritiska na dugme, tok elektrona ulazi u kondenzator i zaustavlja se na jednoj od njegovih ploča zbog dielektrika. Ovaj tok se naziva struja punjenja.
Akumulacija. Budući da će sve više elektrona ulaziti u ploču i biti raspoređeno duž nje pod djelovanjem elektromotorne sile, negativni naboj ploče može rasti sve dok akumulirani potencijal ne odbije nadolazeći višak strujanja elektrona. Druga ploča, zbog nedostatka elektrona, poprima pozitivan naboj, po modulu jednak negativnom naboju na prvoj. Struja punjenja će teći sve dok napon na obje ploče ne bude jednak primijenjenom naponu. Jačina ili brzina struje punjenja bit će na svom maksimalnom nivou u trenutku kada se ploče potpuno isprazne, a približit će se nuli u trenutku kada su naponi na pločama i izvoru jednaki.
Preservation. Budući da su ploče suprotno nabijene, ioni i elektroni će biti privučeni jedni drugima, ali se neće moći povezati zbog dielektričnog sloja, stvarajući elektrostatičko polje. Zahvaljujući ovom polju, kondenzator zadržava i pohranjuje naboj.
Pražnjenje. Ako u krugu postoji mogućnost da elektroni teku na drugačiji način, tada se napon akumuliran između pozitivnih i negativnih naboja ploča trenutno pretvara u električnu struju čiji se impuls u bljeskalici pretvara u svetlosna energija.

Tako se u blicu ostvaruje sposobnost kondenzatora da akumulira energiju iz baterije za impuls. Baterija kamere je također uređaj koji skladišti energiju, ali je zbog hemijske prirode akumulacije stvara i polako oslobađa.

Kapacitet, punjenje i napon

Svojstvo kondenzatora da pohranjuje naboj na pločama u obliku elektrostatičkog polja naziva se kapacitivnost. Što je veća površina ploča i što je manja udaljenost između njih, to je veća količina naboja koju mogu akumulirati i, shodno tome, imaju veći kapacitet. Kada se na kondenzator primeni napon, odnos naelektrisanja Q i napona V daće vrednost kapacitivnosti C. Formula za punjenje kondenzatora će izgledati ovako:

Mjera električne kapacitivnosti je farad (F). Ova jedinica je uvijek pozitivna i nema negativnih vrijednosti. 1 F je jednako kapacitivnosti kondenzatora, koji može pohraniti naboj od 1 privjeska na pločama napona od 1 volta.

Farad je vrlo velika mjerna jedinica, radi lakšeg korištenja uglavnom primjenjuju svoje frakcijske mjere:

Mikrofarad (µF): 1µF=1/1000000 F.
Nanofarad (nF): 1nF=1/1000000000 F.
Pikofarad (pF): 1pF=1/000000000000 F.

Osim ukupne veličine ploča i udaljenosti između njih, postoji još jedan parametar koji utječe na kapacitivnost - vrsta korištenog izolatora. Faktor kojim se određuje sposobnost dielektrika da poveća kapacitivnost kondenzatora u poređenju s vakuumom naziva se dielektrična konstanta i opisuje se za različite materijale konstantnom vrijednošću od 1 do beskonačnosti (teoretski):

vakuum: 1.0000;
vazduh: 1,0006;
papir: 2,5-3,5;
staklo: 3-10;
oksidi metala 6-20;
električna keramika: do 80.

Osim čvrstih dielektričnih kondenzatora (keramičkih, papirnih, filmskih) postoje i elektrolitičke. Potonji koriste aluminijske ili tantalske ploče sa oksidnim izolacijskim slojem kao jednu elektrodu i otopinom elektrolita kao drugu.

Glavne karakteristike ovog dizajna su da vam omogućava da akumulirate relativno impresivan naboj malih dimenzija i predstavlja polarnu električnu pohranu. To jest, uključen je u električni krug u skladu s polaritetom.

Energija koju većina kondenzatora može pohraniti je obično mala - ne više od stotina džula. Osim toga, ne traje dugo zbog neizbježnog curenja naboja. Stoga kondenzatori ne mogu zamijeniti, na primjer, baterije kao izvor napajanja. I iako su u stanju da efikasno obavljaju samo jedan posao (skladištenje punjenja), njihova primena je veoma raznolika u električnim krugovima. Kondenzatori se koriste kao filteri, za izravnavanje mrežnog napona, kao vremenski uređaji i za druge svrhe.

Coulombov zakon

Coulombov zakon je jedan od osnovnih zakona elektrostatike. On određuje veličinu i smjer sile interakcije između dva fiksna naboja.

Tačkasti naboj je nabijeno tijelo čija je veličina mnogo manja od udaljenosti njegovog mogućeg udara na druga tijela. U ovom slučaju, ni oblik ni dimenzije nabijenih tijela praktično ne utiču na interakciju između njih.

Coulombov zakon je prvi put eksperimentalno dokazao oko 1773. od strane Cavendisha, koji je za to koristio sferni kondenzator. Pokazao je da u naelektrisanoj sferi nema električnog polja. To je značilo da je jačina elektrostatičke interakcije varirala obrnuto s kvadratom udaljenosti, ali Cavendishovi rezultati nisu objavljeni.

Godine 1785. zakon je uspostavio S. O. Coulomb uz pomoć posebnih torzijskih vaga.

Coulombovi eksperimenti omogućili su uspostavljanje zakona koji upadljivo podsjeća na zakon univerzalne gravitacije.

Sila interakcije dva tačkasta nepokretna naelektrisana tela u vakuumu direktno je proporcionalna proizvodu modula naelektrisanja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

U analitičkom obliku, Coulombov zakon ima oblik:

$F=k(|q_1|·|q_2|)/(r^2)$

gdje su $|q_1|$ i $|q_2|$ moduli naplate; $r$ je udaljenost između njih; $k$ je koeficijent proporcionalnosti, u zavisnosti od izbora sistema jedinica. Sila interakcije je usmjerena duž prave linije koja povezuje naboje, pri čemu se slična naelektrisanja odbijaju, a različita naelektrisanja privlače.

Jačina interakcije između naelektrisanja zavisi i od sredine između naelektrisanih tela.

U vazduhu je sila interakcije skoro ista kao u vakuumu. Coulombov zakon izražava interakciju naelektrisanja u vakuumu.

Kulon je jedinica električnog naboja. Kulon (C) je SI jedinica za količinu električne energije (električni naboj). To je izvedena jedinica i definirana je u terminima trenutne jedinice 1 amper (A), koja je jedna od osnovnih SI jedinica.

Jedinica električnog naboja je naelektrisanje koje prolazi kroz poprečni presjek provodnika pri struji od $1$A za $1$s.

To jest, $1$ Cl$= 1A s$.

Naplata od 1$ C je veoma velika. Sila interakcije dva tačkasta naelektrisanja od $1$ C svaki, koja se nalaze na udaljenosti od $1$ km jedno od drugog, nešto je manja od sile kojom globus privlači teret od $1$ tona. ne može ostati u tijelu). Ali u provodniku (koji je uglavnom električki neutralan) lako je pokrenuti takav naboj (struja od $1$ A je sasvim normalna struja koja teče kroz žice u našim stanovima).

Koeficijent $k$ u Coulombovom zakonu kada je napisan u SI izražen je u $N m^2$ / $Cl^2$. Njegova numerička vrijednost, određena eksperimentalno silom interakcije dva poznata naboja koja se nalaze na datoj udaljenosti, je:

$k=9 10^9H m^2$/$Cl^2$

Često se piše kao $k=(1)/(4πε_0)$, gdje je $ε_0=8,85×10^(-12)Cl^2$/$H·m^2$ električna konstanta.

Kapacitet kondenzatora

Električni kapacitet

Električni kapacitet provodnika $C$ je numerička vrijednost naboja koja se mora prenijeti provodniku da bi se njegov potencijal promijenio za jedan:

Kapacitet karakteriše sposobnost provodnika da pohrani naelektrisanje. Zavisi od oblika provodnika, njegovih linearnih dimenzija i svojstava medija koji okružuje provodnik.

SI jedinica kapacitivnosti je farad($F$) je kapacitet provodnika u kojem promjena naelektrisanja za $1$ privjesak mijenja njegov potencijal za $1$ volti.

Električni kondenzator

Električni kondenzator (od latinskog condensare, doslovno zgušnjavam, kondenziram) je uređaj dizajniran da dobije električni kapacitet određene vrijednosti, sposoban da akumulira i oslobađa (preraspoređuje) električne naboje.

Kondenzator je sistem od dva ili više jednoliko naelektrisanih provodnika sa jednakim naelektrisanjem razdvojenih dielektričnim slojem. Zovu se provodnici kondenzatorske ploče. U pravilu je razmak između ploča, jednak debljini dielektrika, mnogo manji od dimenzija samih ploča, tako da polje u kondenzatoru je skoro sve koncentrisano između njegovih ploča. Ako su ploče ravne, polje između njih je jednolično. Kapacitet ravnog kondenzatora određuje se formulom:

$C=(q)/(U)=(ε_(0)εS)/(d)$

gdje je $q$ napunjenost kondenzatora, $U$ je napon između njegovih ploča, $S$ je površina ploče, $d$ je rastojanje između ploča, $ε_(0)$ je električna konstanta, $ε$ je permitivnost medija.

Pod nabojem kondenzatora podrazumijeva se apsolutna vrijednost naboja jedne od ploča.

Energija polja kondenzatora

Energija napunjenog kondenzatora izraženo formulama

$E_n=(qU)/(2)=(q^2)/(2C)=(CU^2)/(2)$

koji su izvedeni uzimajući u obzir izraze za odnos između rada i napona i za kapacitet ravnog kondenzatora.

Energija električnog polja. Volumetrijska gustina energije električnog polja (energija polja po jedinici zapremine) jačine $E$ izražava se formulom:

$ω=(εε_(0)E^2)/(2)$

gdje je $ε$ permitivnost medija, $ε_0$ je električna konstanta.

Snaga struje

Električna struja je uređeno (usmjereno) kretanje nabijenih čestica.

Jačina električne struje je veličina ($I$) koja karakterizira uređeno kretanje električnih naboja i numerički je jednaka količini naboja $∆q$ koja teče kroz određenu površinu $S$ (poprečni presjek provodnika) po jedinici vremena:

$I=(∆q)/(∆t)$

Dakle, da bismo pronašli jačinu struje $I$, potrebno je podijeliti električni naboj $∆q$ koji prolazi kroz poprečni presjek provodnika za vrijeme $∆t$ sa ovim vremenom.

Jačina struje ovisi o naboju koji nosi svaka čestica, brzini njihovog usmjerenog kretanja i površini poprečnog presjeka vodiča.

Razmotrimo provodnik s površinom poprečnog presjeka $S$. Naboj svake čestice je $q_0$. Zapremina provodnika ograničenog sekcijama $1$ i $2$ sadrži $nS∆l$ čestica, gdje je $n$ koncentracija čestica. Njihov ukupni naboj je $q=q_(0)nS∆l$. Ako se čestice kreću prosječnom brzinom $υ$, tada će za vrijeme $∆t=(∆l)/(υ)$ sve čestice sadržane u razmatranoj zapremini proći kroz poprečni presjek $2$. Prema tome, trenutna snaga je:

$I=(∆q)/(∆t)=(q_(0)nS∆l υ)/(∆l)=q_(0)nυS$

U SI, jedinica jačine struje je glavna i zove se ampera(A) u čast francuskog naučnika A. M. Ampera (1755-1836).

Struja se mjeri ampermetrom. Princip ampermetarskog uređaja temelji se na magnetskom djelovanju struje.

Procjena brzine uređenog kretanja elektrona u provodniku, izvedena prema formuli za bakarni provodnik površine poprečnog presjeka od $1mm^2$, daje vrlo malu vrijednost - $∼0.1$ mm/s.

Ohmov zakon za dio kola

Jačina struje u dijelu kola jednaka je omjeru napona u ovom dijelu i njegovog otpora.

Ohmov zakon izražava odnos između tri veličine koje karakteriziraju tok električne struje u kolu: struje $I$, napona $U$ i otpora $R$.

Ovaj zakon je 1827. godine ustanovio njemački naučnik G. Ohm i stoga nosi njegovo ime. U gornjoj formulaciji se također naziva Ohmov zakon za dio lanca. Matematički, Ohmov zakon je napisan kao sljedeća formula:

Zavisnost jačine struje od primijenjene razlike potencijala na krajevima vodiča naziva se volt-amperska karakteristika(VAC) provodnik.

Za bilo koji provodnik (čvrsti, tekući ili plinoviti) postoji vlastiti CVC. Najjednostavniji oblik je volt-amperska karakteristika metalnih provodnika, data Ohmovim zakonom $I=(U)/(R)$, i otopinama elektrolita. Poznavanje strujno-naponskih karakteristika igra veliku ulogu u proučavanju struje.

Ohmov zakon je temelj cjelokupne elektrotehnike. Ohmov zakon $I=(U)/(R)$ implicira:

jačina struje u dijelu kola sa konstantnim otporom proporcionalna je naponu na krajevima dijela;
jačina struje u krugu sa konstantnim naponom obrnuto je proporcionalna otporu.

Ove zavisnosti je lako eksperimentalno provjeriti. Dobiveni pomoću kola, grafovi zavisnosti jačine struje od napona pri konstantnom otporu i jačine struje od otpora prikazani su na slici. U prvom slučaju koristi se strujni izvor sa podesivim izlaznim naponom i konstantnim otporom $R$, u drugom slučaju baterija i promjenjivi otpor (otpornička kutija).

Električni otpor

Električni otpor je fizička veličina koja karakterizira otpor provodnika ili električnog kola električnoj struji.

Električni otpor je definiran kao koeficijent proporcionalnosti $R$ između napona $U$ i jednosmjerne struje $I$ u Ohmovom zakonu za dio kola.

Jedinica otpora pozvao ohm(Ohm) u čast njemačkog naučnika G. Ohma, koji je uveo ovaj koncept u fiziku. Jedan ohm (1$ ohm) - ovo je otpor takvog provodnika, u kojem je, pri naponu od $1$ V, jačina struje $1$ A.

Otpornost

Otpor homogenog vodiča konstantnog poprečnog preseka zavisi od materijala provodnika, njegove dužine $l$ i poprečnog preseka $S$ i može se odrediti formulom:

gdje je $ρ$ otpornost materijala od kojeg je napravljen provodnik.

Specifični otpor tvari je fizička veličina koja pokazuje kakav otpor ima provodnik jedinične dužine i jedinične površine poprečnog presjeka napravljen od ove tvari.

Iz formule $R=ρ(l)/(S)$ slijedi da

Recipročna vrijednost $ρ$ se zove provodljivost $σ$:

Pošto je SI jedinica otpora $1$ Ohm, jedinica površine je $1m^2$, a jedinica dužine $1$ m, tada je jedinica otpora u SI $1$ Ohm$ m^2$/m , ili $1$ Ohm$ $m Jedinica provodljivosti u SI je $Om^(-1)m^(-1)$.

U praksi se površina poprečnog presjeka tankih žica često izražava u kvadratnim milimetrima (m$m^2$). U ovom slučaju, prikladnija jedinica otpornosti je Ohm$·$m$m^2$/m. Pošto je $1 mm^2 = 0,000001 m^2$, onda je $1$ Ohm$·$m $m^2$/m$ = 10^(-6)$ Ohm$·$m. Metali imaju veoma nisku otpornost - oko ($1 ·10^(-2)$) Ohm$·$m$m^2$/m, dielektrici - $10^(15)-10^(20)$ puta veći.

Temperaturna zavisnost otpora

Kako temperatura raste, otpornost metala raste. Međutim, postoje legure čija se otpornost gotovo ne mijenja s povećanjem temperature (na primjer, konstantan, manganin, itd.). Otpor elektrolita opada s povećanjem temperature.

temperaturni koeficijent otpor provodnika je omjer promjene otpora provodnika kada se zagrije za $1°$C i vrijednosti njegovog otpora pri $0°$C:

$α=(R_t-R_0)/(R_0t)$

Ovisnost otpornosti vodiča od temperature izražava se formulom:

$ρ=ρ_0(1+αt)$

U opštem slučaju, $α$ zavisi od temperature, ali ako je temperaturni interval mali, tada se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim. Za čiste metale $α=((1)/(273))K^(-1)$. Za otopine elektrolita $α

Ovisnost otpora provodnika o temperaturi se koristi u otporni termometri.

Paralelno i serijsko povezivanje provodnika

Za paralelna veza provodnici, vrijede slijedeći odnosi:

1) električna struja koja teče do tačke grananja $A$ provodnika (također se naziva čvor), jednak je zbroju struja u svakom elementu kola:

3) kada su provodnici spojeni paralelno, dodaju se njihovi obrnuti otpori:

$(1)/(R)=(1)/(R_1)+(1)/(R_2), R=(R_1 R_2)/(R_1+R_2);$

4) jačina struje i otpor u provodnicima povezani su relacijom:

$(I_1)/(I_2)=(R_2)/(R_1)$

Za serijski spoj provodnika u strujnom kolu važeći su sljedeći odnosi:

1) za ukupne trenutne $I$:

gdje su $I_1$ i $I_2$ struja u provodnicima $1$ i $2$ respektivno; tj. kod serijske veze provodnika, jačina struje u odvojenim dijelovima kola je ista;

2) ukupno naprezanje $U$ na krajevima cijelog razmatranog presjeka jednako je zbiru napona u njegovim pojedinačnim presjecima:

3) ukupni otpor $R$ cijelog dijela kola jednak je zbiru serijski povezanih otpora:

4) važi i odnos:

$(U_1)/(U_2)=(R_1)/(R_2)$

Rad električne struje. Joule-Lenzov zakon

Rad koji obavlja struja koja prolazi kroz određeni dio kola, prema ($U=φ_1-φ_2=(A)/(q)$) je:

gdje je $A$ trenutni rad; $q$ je električni naboj koji je prošao kroz razmatrani dio kola u datom vremenu. Zamjenom formule $q=It$ u posljednju jednakost, dobijamo:

Rad električne struje u dijelu strujnog kola jednak je proizvodu napona na krajevima ove dionice, jačine struje i vremena za koje je rad obavljen.

Joule-Lenzov zakon

Joule-Lenzov zakon kaže: količina topline koja se oslobađa u vodiču u dijelu električnog kola otpora $R$ kada kroz njega teče jednosmjerna struja $I$ za vrijeme $t$ jednaka je umnošku kvadrat struje i otpora i vremena:

Zakon je 1841. godine uspostavio engleski fizičar J. P. Joule, a 1842. godine je potvrđen egzaktnim eksperimentima ruskog naučnika E. X. Lenza. Samu pojavu zagrevanja provodnika prilikom prolaska struje kroz njega otkrio je još 1800. godine francuski naučnik A. Fourcroix, koji je uspeo da zagreje gvozdenu spiralu propuštajući kroz nju električnu struju.

Iz Joule-Lenzovog zakona slijedi da kada su provodnici spojeni u seriju, budući da je struja u kolu svuda ista, maksimalna količina topline će se osloboditi na vodiču s najvećim otporom. Ovo se koristi u inženjerstvu, na primjer, za prskanje metala.

U paralelnoj vezi, svi provodnici su pod istim naponom, ali su struje u njima različite. Iz formule ($Q=I^2Rt$) slijedi da, budući da je, prema Ohmovom zakonu $I=(U)/(R)$, tada

Stoga će provodnik s manjim otporom generirati više topline.

Ako u formuli ($A=IUt$) izrazimo $U$ u terminima $IR$ koristeći Ohmov zakon, dobićemo Joule-Lenzov zakon. Ovo još jednom potvrđuje činjenicu da se rad struje troši na oslobađanje topline na aktivnom otporu u krugu.

Snaga električne struje

Djelovanje struje karakterizira ne samo rad $A$, već i snaga $P$. Snaga struja pokazuje koliki rad struja radi u jedinici vremena. Ako je rad $A$ obavljen za vrijeme $t$, tada je trenutna snaga $P=(A)/(t)$. Zamjenom izraza ($A=IUt$) u ovu jednakost, dobijamo:

Ovaj izraz se može prepisati u različitim oblicima koristeći Ohmov zakon za dio lanca:

$P=IU=I^(2R)=(U^2)/(R)$

Iz relacije za EMF, lako je dobiti snagu izvora struje:

U SI, rad se izražava u džulima (J), snaga u vatima (W) i vrijeme u sekundama (s). Gde

$1$W$=1$J/s, $1$J$=1$W$·$s.

Izračunavamo maksimalnu dozvoljenu snagu potrošača električne energije koji mogu istovremeno raditi u stanu. Budući da u stambenim zgradama jačina struje u ožičenju ne bi trebala prelaziti $I=10$A, tada je pri naponu od $U=220$V odgovarajuća električna snaga jednaka:

$P=10A 220V=2200W=2.2kW.$

Istovremeno uključivanje uređaja veće ukupne snage u mrežu će dovesti do povećanja jačine struje, pa je stoga neprihvatljivo.

U svakodnevnom životu, rad struje (ili električne energije koja se koristi za obavljanje ovog posla) mjeri se pomoću posebnog uređaja tzv. električno brojilo(brojilo struje). Kada struja prođe kroz ovaj brojač, lagani aluminijumski disk počinje da se okreće unutar njega. Brzina njegove rotacije direktno je proporcionalna jačini struje i naponu. Prema tome, po broju okretaja koje je napravio u datom vremenu, može se suditi o radu koji je struja obavila za to vrijeme. Trenutni rad se obično izražava u terminima kilovat sati($kWh$).

$1kWh$ je rad koji obavlja električna struja snage $1kW$ za $1h$. Pošto $1kW=1000W$ i $1h=3600s$, onda $1kWh=1000W3600s=3600000 J$.

Kao i svaki sistem naelektrisanih tela, kondenzator ima energiju. Nije teško izračunati energiju nabijenog ravnog kondenzatora s jednoličnim poljem unutar njega.

Energija napunjenog kondenzatora.

Da bi se kondenzator napunio, mora se obaviti rad na razdvajanju pozitivnih i negativnih naboja. Prema zakonu održanja energije, ovaj rad je jednak energiji kondenzatora. Činjenica da napunjeni kondenzator ima energiju može se provjeriti pražnjenjem kroz strujni krug koji sadrži žarulju sa žarnom niti, dizajniranu za napon od nekoliko volti (slika 4). Kada se kondenzator isprazni, lampica treperi. Energija kondenzatora se pretvara u druge oblike: toplinu, svjetlost.

Izvodimo formulu za energiju ravnog kondenzatora.

Jačina polja stvorenog nabojem jedne od ploča jednaka je E/2, gdje E je jačina polja u kondenzatoru. U jednoličnom polju jedne ploče postoji naelektrisanje q, raspoređena po površini druge ploče (slika 5). Prema formuli Wp = qEd. za potencijalnu energiju naboja u jednoličnom polju, energija kondenzatora je:

Može se dokazati da ove formule vrijede za energiju bilo kojeg kondenzatora, a ne samo za ravan.

Energija električnog polja.

Prema teoriji djelovanja kratkog dometa, sva energija interakcije nabijenih tijela je koncentrisana u električnom polju ovih tijela. To znači da se energija može izraziti kroz glavnu karakteristiku polja – intenzitet.

Budući da je jačina električnog polja direktno proporcionalna razlici potencijala

(U = Ed), onda prema formuli

energija kondenzatora je direktno proporcionalna jačini električnog polja unutar njega: W p ~ E 2 . Detaljan proračun daje sljedeću vrijednost za energiju polja po jedinici zapremine, tj. za gustinu energije:

gdje je ε 0 električna konstanta

Upotreba kondenzatora.

Energija kondenzatora obično nije velika - ne više od stotina džula. Osim toga, ne traje dugo zbog neizbježnog curenja naboja. Stoga, napunjeni kondenzatori ne mogu zamijeniti, na primjer, baterije kao izvore električne energije.

Ali to uopće ne znači da kondenzatori kao uređaji za pohranu energije nisu dobili praktičnu primjenu. Imaju jedno važno svojstvo: kondenzatori mogu pohranjivati energiju duže ili manje dugo, a kada se isprazne kroz kolo niskog otpora, oslobađaju energiju gotovo trenutno. Ovo svojstvo se široko koristi u praksi.

Bljeskalica koja se koristi u fotografiji napaja se električnom strujom iz pražnjenja kondenzatora, koji se prethodno puni posebnom baterijom. Pobuđivanje kvantnih izvora svjetlosti - lasera - vrši se pomoću cijevi s plinskim pražnjenjem, čiji bljesak nastaje kada se isprazni baterija kondenzatora velikog električnog kapaciteta.

Međutim, kondenzatori se uglavnom koriste u radiotehnici. Sa ovim ćete se upoznati u XI razredu.

Energija kondenzatora je proporcionalna njegovom električnom kapacitetu i kvadratu napona između ploča. Sva ova energija je koncentrisana u električnom polju. Gustina energije polja je proporcionalna kvadratu jačine polja.

Rice. 1 Fig. 2

ZAKONI JEDNOSNE STRUJE.

Stacionarni električni naboji se rijetko koriste u praksi. Da bi električni naboji služili nama, potrebno ih je pokrenuti – stvoriti električnu struju. Električna struja osvetljava stanove, pokreće mašine alatke, stvara radio talase, kruži u svim elektronskim računarima.

Počećemo s najjednostavnijim slučajem kretanja nabijenih čestica - razmotrimo jednosmjernu električnu struju.

ELEKTRIČNA ENERGIJA. CURRENT

Hajde da damo striktnu definiciju onoga što se zove električna struja.

Prisjetite se koja vrijednost kvantitativno karakterizira struju.

Pronađimo koliko se brzo elektroni kreću duž žica u vašem stanu.

Kada se nabijene čestice kreću u provodniku, električni naboj se prenosi s jednog mjesta na drugo. Međutim, ako nabijene čestice vrše nasumično termalno kretanje, kao npr. slobodnih elektrona u metalu tada ne dolazi do prijenosa naboja (slika 1). Električni naboj kreće se poprečnim presjekom provodnika samo ako, uz nasumično kretanje, elektroni učestvuju u uređenom kretanju (Sl. 2 ). U ovom slučaju se kaže da je provodnik postavljen struja.

Vi to znate iz predmeta fizike VIII razreda električna struja se naziva uređeno (usmjereno) kretanje nabijenih čestica.

Električna struja nastaje tokom uređenog kretanja slobodnih elektrona ili jona.

Ako pomičete neutralno tijelo u cjelini, tada, unatoč pravilnom kretanju ogromnog broja elektrona i atomskih jezgri, električna struja ne nastaje. Ukupni naboj prenesen kroz bilo koji dio provodnika bit će tada jednak nuli, budući da su naboji različitih predznaka sa istom prosječnom brzinom.

Električna struja ima određeni smjer. Za smjer struje uzima se smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica. Ako se struja formira kretanjem negativno nabijenih čestica, tada se smjer struje smatra suprotnim smjeru kretanja čestica.

Trenutne akcije. Ne vidimo direktno kretanje čestica u provodniku. Prisustvo električne struje mora se suditi prema radnjama ili pojavama koje je prate.

prvo, provodnik kroz koji teče struja se zagreva.

drugo, električna struja može promijeniti hemijski sastav provodnika, na primjer, da se izoluju njegovi hemijski sastojci (bakar iz rastvora bakar sulfata, itd.).

treće, struja ima uticaj sile na susjedne struje i magnetizirana tijela. Ova akcija se zove magnetna. Dakle, magnetna igla u blizini provodnika sa strujom rotira. Magnetski efekat struje, za razliku od hemijskog i termičkog, jeste glavni, jer se manifestuje u svim dirigentima bez izuzetka. Hemijski efekat struje uočava se samo u rastvorima i topljenjima elektrolita, a zagrevanje je odsutno u supravodnicima.

Snaga struje.

Ako se u strujnom kolu uspostavi električna struja, to znači da se električni naboj neprestano prenosi kroz poprečni presjek vodiča. Naboj koji se prenosi u jedinici vremena služi kao glavna kvantitativna karakteristika struje, nazvana jačina struje.

Dakle, jačina struje je jednaka omjeru punjenja q, prenosi kroz poprečni presjek provodnika-nick za vremenski interval t, do ovog vremenskog intervala. Ako se jačina struje ne mijenja s vremenom, tada se struja naziva konstantnom.

Jačina struje, poput naboja,— ve-maska je skalarna. Ona može biti kao pozitivno tako negativan. Predznak jačine struje zavisi od toga koji se od pravaca duž vodiča uzima kao pozitivan. Jačina struje /> 0 ako se smjer struje poklapa sa uslovno odabranim pozitivnim smjerom duž vodiča. inače /< 0.

Jačina struje ovisi o naboju koje nosi svaka čestica, koncentraciji čestica, brzini njihovog usmjerenog kretanja i površini poprečnog presjeka vodiča. Recimo ovo.

Neka provodnik (slika 3) ima poprečni presjek površine S. Za pozitivan smjer u provodniku ćemo uzeti smjer slijeva nadesno. Naboj svake čestice je q 0 . U volumenu vodiča, ograničenom poprečnim presjecima - i 1 i 2 , sadržano nSlčestice, gde P je koncentracija čestica. Njihov ukupni naboj q = qQnSl. Ako se čestice kreću s lijeva na desno prosječnom brzinom υ, onda za vreme

Sve čestice zatvorene u razmatranom volumenu proći će kroz poprečni presjek 2 . Dakle, struja je:

formula (2) gdje je e je modul naboja elektrona.

Neka je, na primjer, jačina struje I = 1 A, a površina poprečnog presjeka vodiča S = 10 -6 m 2. Modul za punjenje elektrona e = 1,6 - 10 -19 C. Broj elektrona u 1 m 3 bakra jednak je broju atoma u ovoj zapremini, budući da je jedan od valentnih elektrona svakog atoma bakra kolektiviziran i slobodan. Ovaj broj je P\u003d 8,5 10 28 m -3 Dakle,

Pirinač br. 1. Pirinač #2 Pirinač #3

POTREBNI USLOVI ZA POSTOJANJE ELEKTRIČNE STRUJE

Šta je potrebno za stvaranje električne struje? Razmislite o tome sami i tek onda pročitajte ovaj odlomak.

Za nastanak i postojanje jednosmjerne električne struje u supstanci potrebno je, prije svega, prisustvo slobodnih nabijenih čestica. Ako su pozitivni i negativni naboji međusobno povezani u atomima ili molekulama, tada njihovo kretanje neće dovesti do pojave električne struje.

Prisustvo besplatnih punjenja još uvijek nije dovoljno za pojavu struje. Za stvaranje i održavanje uređenog kretanja nabijenih čestica potrebno je, drugo, da na njih djeluje sila u određenom smjeru. Ako ova sila prestane djelovati, tada će prestati uređeno kretanje nabijenih čestica zbog otpora koji svojim kretanjem čine joni kristalne rešetke metala ili neutralni molekuli elektrolita.

Kao što znamo, na nabijene čestice djeluje električno polje sa silom . Obično je električno polje unutar vodiča ono što uzrokuje i održava uređeno kretanje nabijenih čestica. Samo u statičkom slučaju, kada naelektrisanja miruju, električno polje unutar provodnika je nula.

Ako unutar vodiča postoji električno polje, tada između krajeva vodiča, u skladu s formulom, postoji razlika potencijala. Kada se razlika potencijala ne mijenja u vremenu, tada se u vodiču uspostavlja stalna električna struja. Duž provodnika potencijal opada od maksimalne vrijednosti na jednom kraju provodnika do minimalne vrijednosti na drugom. Ovo smanjenje potencijala može se otkriti jednostavnim iskustvom.

Uzmite ne baš suv drveni štap kao provodnik i okačite ga vodoravno. (Takav štap, iako loš, ipak provodi struju.) Neka izvor napona bude elektrostatička mašina. Da biste registrovali potencijal različitih sekcija provodnika u odnosu na tlo, možete koristiti listove metalne folije pričvršćene za štap. Jedan pol mašine spajamo na uzemljenje, a drugi na jedan kraj provodnika (štap). Krug će biti otvoren. Prilikom okretanja ručke mašine, videćemo da sve tačke lista odstupaju pod istim uglom (slika 1. ).

Dakle, potencijal sve tačke provodnika u odnosu na zemlju je ista. Tako bi trebalo da bude sa ravnotežom naelektrisanja na provodniku. Ako je sada drugi kraj štapa uzemljen, onda kada se ručka mašine okrene, slika će se promijeniti. (Budući da je zemlja provodnik, uzemljenje vodiča čini krug zatvorenim.) Na uzemljenom kraju, listovi se uopće neće razilaziti: potencijal ovog kraja vodiča je praktično jednak potencijalu zemlje (pad potencijala u metalna žica je mala). Maksimalni ugao divergencije listova biće na kraju provodnika pričvršćenog za mašinu (slika 2). Smanjenje ugla divergencije listova kako se udaljavaju od mašine ukazuje na pad potencijala duž vodiča.

Struja može se dobiti samo u tvari koja sadrži slobodnih naelektrisanih čestica. Da biste ih natjerali da se kreću, morate kreirati u istraživaču električno polje.

Pirinač #1 Pirinač #2

OHMOV ZAKON ZA LANAC. RESISTANCE

U osmom razredu učio se Omov zakon. Ovaj zakon je jednostavan, ali toliko važan da se mora ponoviti.

Volt-amper karakteristike.

U prethodnom pasusu je utvrđeno da je za postojanje struje u provodniku potrebno stvoriti razliku potencijala na njegovim krajevima. Jačina struje u vodiču određena je ovom razlikom potencijala. Što je veća potencijalna razlika, veća je jačina električnog polja u vodiču i, posljedično, veća je brzina usmjerenog kretanja nabijenih čestica. Prema formuli, to znači povećanje jačine struje.

Za svaki vodič - čvrsti, tekući i plinoviti - postoji određena ovisnost jačine struje od primijenjene razlike potencijala na krajevima vodiča. Ova zavisnost se izražava tzv volt - amperska karakteristika provodnika. Nalazi se mjerenjem jačine struje u vodiču pri različitim vrijednostima napona. Poznavanje volt-amperskih karakteristika igra važnu ulogu u proučavanju električne struje.

Ohmov zakon.

Volt-amperska karakteristika metalnih vodiča i otopina elektrolita ima najjednostavniji oblik. Po prvi put (za metale) ju je ustanovio nemački naučnik Georg Ohm, pa se zavisnost struje od napona naziva Ohmov zakon. U dijelu kola prikazanom na slici 109, struja je usmjerena od tačke 1 do tačke 2 . Razlika potencijala (napona) na krajevima provodnika je: U = φ 1 - φ 2. Kako je struja usmjerena s lijeva na desno, jačina električnog polja je usmjerena u istom smjeru i φ 1 > φ 2

Prema Ohmovom zakonu za dio kola, jačina struje je direktno proporcionalna primijenjenom naponu U i obrnuto proporcionalna otporu provodnika R:

Ohmov zakon ima vrlo jednostavan oblik, ali je prilično teško eksperimentalno dokazati njegovu validnost. Činjenica je da je razlika potencijala u presjeku metalnog vodiča, čak i pri visokoj jakosti struje, mala, jer je otpor vodiča nizak.

Dotični elektrometar nije pogodan za mjerenje tako malih napona: njegova osjetljivost je preniska. Potreban je neuporedivo osjetljiviji instrument. Zatim, mjerenjem jačine struje ampermetrom, a napona osjetljivim elektrometrom, možete se uvjeriti da je jačina struje direktno proporcionalna naponu. Upotreba konvencionalnih instrumenata za mjerenje napona - voltmetara - zasniva se na upotrebi Ohmovog zakona.

Princip uređaja, voltmetar je isti kao i ampermetar. Ugao rotacije strelice uređaja proporcionalan je jačini struje. Jačina struje koja prolazi kroz voltmetar određena je naponom između točaka kola na koje je spojen. Stoga, poznavajući otpor voltmetra, moguće je odrediti napon jačinom struje. U praksi se uređaj kalibrira tako da odmah pokazuje napon u voltima.

Otpor. Glavna električna karakteristika vodiča je otpor. Jačina struje u vodiču pri datom naponu ovisi o ovoj vrijednosti. Otpor provodnika je, takoreći, mjera otpora provodnika uspostavljanju električne struje u njemu. Koristeći Ohmov zakon, možete odrediti otpor provodnika:

Da biste to učinili, morate izmjeriti napon i jačinu struje.

Otpor ovisi o materijalu vodiča i njegovim geometrijskim dimenzijama. Otpor provodnika dužine l sa konstantnom površinom poprečnog presjeka S je:

gdje je p veličina koja ovisi o vrsti tvari i njenom stanju (prvenstveno o temperaturi). Vrijednost p se zove specifični otpor provodnika. Otpornost brojčano jednak otporu provodnika koji ima oblik kocke sa ivicom 1m, ako je struja usmjerena duž normale na dvije suprotne strane kocke.

Jedinica otpora provodnika postavlja se na osnovu Ohmovog zakona i naziva se ohm. Žica-nick ima otpor 1 ohm ako sa potencijalnom razlikom 1 V struja u njemu 1 A.

Jedinica otpornosti je 1 Ohm?m. Specifična otpornost metala je mala. Dielektrici imaju vrlo visoku otpornost. Tabela na letnjoj strani daje primjere vrijednosti otpornosti nekih tvari.

Značenje Ohmovog zakona.

Ohmov zakon određuje jačinu struje u električnom kolu za dati napon i poznati otpor. Omogućava vam da izračunate termičke, hemijske i magnetne efekte struje, jer oni zavise od jačine struje. Iz Ohmovog zakona slijedi da je opasno zatvoriti običnu rasvjetnu mrežu s vodičem malog otpora. Struja će biti toliko visoka da može imati strašne posljedice.

Ohmov zakon je osnova sve elektrotehnike jednosmjerne struje. Formula se mora dobro razumjeti i čvrsto zapamtiti.

ELEKTRIČNI KRUGOVI. REDNI I PARALELNI VEZE PROVODNIKA

Iz izvora struje energija se žicom može prenijeti na uređaje koji troše energiju: električnu lampu, radio prijemnik, itd. Da biste to učinili, nadoknadite električna kola različite složenosti. Električno kolo se sastoji od izvora energije, uređaja koji troše električnu energiju, spojnih žica i prekidača za završetak kola. Često I električni krug uključuje uređaje koji kontroliraju jačinu struje I napon na različitim dijelovima strujnog kola, - ampermetri i voltmetri.

Najjednostavniji i najčešći spoj provodnika su serijski i paralelni spojevi.

Serijsko povezivanje provodnika.

Kada je spojen u seriju, električni krug nema grana. Svi provodnici su uključeni u krug jedan za drugim. Slika 1 prikazuje serijski spoj dva provodnika 1 i 2 , ima otpor R 1 , i R2. To mogu biti dvije lampe, dva namotaja elektromotora itd.

Jačina struje u oba provodnika je ista, tj. (1)

budući da se u provodnicima električni naboj u slučaju jednosmjerne struje ne akumulira i isti naboj prođe kroz bilo koji poprečni presjek provodnika za određeno vrijeme.

Napon na krajevima dijela kruga koji se razmatra je zbir napona na prvom i drugom vodiču:

Nadamo se da ćete sami moći podnijeti dokaz ove jednostavne relacije.

Primjena Ohmovog zakona za cijelu sekciju u cjelini i za dijelove sa otporima R1 I R2, može se dokazati da je impedancija cijelog dijela kola kada je spojen u seriju jednaka:

Ovo pravilo se može primijeniti na bilo koji broj serijski povezanih provodnika.

Naponi na provodnicima i njihovi otpori u serijskoj vezi povezani su relacijom:

Dokažite ovu jednakost.

Paralelno spajanje provodnika.

Na slici 2 prikazana je paralelna veza dva vodiča 1 i 2 sa otporima R1 I R2. U ovom slučaju električna struja 1 se grana na dva dijela. Snaga struje u prvom i drugom provodniku će biti označena sa I 1 i I 2. Od trenutka ali- grananje provodnika (takva tačka se zove čvor) - električni naboj se ne akumulira, tada je naboj koji ulazi u čvor po jedinici vremena jednak naboju koji napušta čvor za isto vrijeme. Dakle, I = I 1 + I 2

Napon U na krajevima paralelno spojenih provodnika je isti.

Mreža rasvjete održava napon od 220 ili 127 V. Uređaji koji troše električnu energiju su dizajnirani za ovaj napon. Stoga je paralelno povezivanje najčešći način povezivanja različitih potrošača. U ovom slučaju kvar jednog uređaja ne utiče na rad ostalih, dok u serijskoj vezi kvar jednog uređaja otvara strujni krug.

Primjenjujući Ohmov zakon za cijelu sekciju u cjelini i za dijelove sa otporima R 1 i R 2 , može se dokazati da je recipročna vrijednost ukupnog otpora presjeka ab, jednak zbroju recipročnih otpora pojedinačnih provodnika:

Jačina struje u svakom od vodiča i otpor provodnika kada su spojeni paralelno povezani su omjerom

Različiti provodnici u strujnom kolu su međusobno povezani serijski ili paralelno. U prvom slučaju jačina struje je ista u svim provodnicima, au drugom slučaju naponi na provodnicima su isti. Najčešće su razni potrošači struje priključeni paralelno na rasvjetnu mrežu.

MERENJE STRUJE I NAPONA

Svi bi trebali znati kako se mjeri struja ampermetrom, a napon voltmetrom.

Mjerenje struje.

Za mjerenje jačine struje u vodiču, ampermetar je povezan u seriju s ovim vodičem(Sl. 1). Ali morate imati na umu da sam ampermetar ima određeni otpor Ra. Zbog toga se otpor dijela kola sa uključenim ampermetrom povećava, a sa konstantnim naponom struja opada u skladu s Ohmovim zakonom. Kako bi ampermetar imao što manje utjecaja na struju koju mjeri, njegov otpor je napravljen vrlo malim. Ovo se mora zapamtiti i nikada ne pokušavajte izmjeriti jačinu struje u rasvjetnoj mreži spajanjem ampermetra na utičnicu. desiće se kratki spoj; jačina struje s malim otporom uređaja dostići će tako veliku vrijednost da će namotaj ampermetra izgorjeti.

Merenje napona.

Za mjerenje napona u kolu sa otporom R, na njega je paralelno spojen voltmetar. Napon na voltmetru se poklapa sa naponom u dijelu strujnog kola (slika 2).

Ako je otpor voltmetra R B , tada nakon uključivanja u krug, otpor sekcije više neće biti R, ali . Zbog toga će se izmjereni napon u dijelu strujnog kola smanjiti. Kako voltmetar ne bi unosio primjetna izobličenja u mjereni napon, njegov otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na kojem se mjeri napon. Voltmetar se može priključiti na mrežu bez opasnosti da će izgorjeti, samo ako je predviđen za napon veći od mrežnog.

Ampermetar je povezan serijski sa vodičem u kojem se mjeri struja. Voltmetar je spojen paralelno sa vodičem na kojem se mjeri napon.

DC RAD I NAPAJANJE

Električna struja se toliko koristi jer sa sobom nosi energiju. Ova energija se može pretvoriti u bilo koji oblik.

Sa uređenim kretanjem nabijenih čestica u provodniku električno polje radi; Ona je zvala trenutni rad. Sada se prisjećamo podataka o radu i trenutnoj snazi iz kursa fizike VIII klasa.

Trenutni rad.

Razmotrimo proizvoljan dio lanca. To može biti homogen provodnik, na primjer, nit žarulje sa žarnom niti, namotaj elektromotora, itd. Neka naboj q prođe kroz poprečni presjek vodiča za vrijeme t. Tada će električno polje obaviti posao A=qU.

Od sadašnjeg , onda je ovaj rad jednak:

Rad struje u dijelu kola jednak je proizvodu jačine struje, napona i vremena tokom kojeg je rad obavljen.

Prema zakonu održanja energije, ovaj rad bi trebao biti jednak promjeni energije razmatranog dijela kola. Dakle, energija koja se oslobađa u ovom dijelu kola tokom vremena u, jednak je trenutnom radu (vidi formulu (1)).

Ako se na dijelu strujnog kruga ne vrši nikakav mehanički rad i struja ne proizvodi kemijska djelovanja, dolazi samo do zagrijavanja vodiča. Zagrijani provodnik odaje toplinu okolnim tijelima.

Zagrijavanje provodnika se odvija na sljedeći način. Električno polje ubrzava elektrone. Nakon sudara sa ionima kristalne rešetke, oni prenose svoju energiju na jone. Kao rezultat, povećava se energija nasumičnih kretanja jona oko ravnotežnih pozicija. To znači povećanje unutrašnje energije. Istovremeno, temperatura provodnika raste i on počinje prenositi toplinu na okolna tijela. Nakon kratkog vremena nakon zatvaranja kruga, proces se uspostavlja, a temperatura prestaje da se mijenja s vremenom. Energija se neprekidno dovodi do provodnika zbog rada električnog polja. Ali njegova unutrašnja energija ostaje nepromijenjena, jer provodnik prenosi na okolna tijela količinu topline jednaku radu struje. Dakle, formula (1) za rad struje određuje količinu topline koju provodnik prenosi na druga tijela.

Ako u formuli (1) izrazimo ili napon kroz struju, ili struju kroz napon koristeći Ohmov zakon za dio kruga, onda ćemo dobiti tri ekvivalentne formule:

(2)

Formula A = I 2 R t pogodna je za korištenje za serijski spoj vodiča, jer je jačina struje u ovom slučaju ista u svim vodičima. Uz paralelnu vezu, formula je zgodna , pošto je napon na svim provodnicima isti.

Joule-Lenzov zakon.

Zakon koji određuje količinu toplote koju provodnik sa strujom oslobađa u okolinu prvi su eksperimentalno ustanovili engleski naučnik D. Joule (1818-1889) i ruski naučnik E. X. Lenz (1804-1865). Joule-Lenzov zakon je formuliran na sljedeći način: količina toplote koju oslobađa provodnik sa strujom jednaka je umnošku kvadrata jačine struje, otpora provodnika i vremena potrebnog da struja prođe kroz provodnik:

(3)

Ovaj zakon smo dobili uz pomoć rezonovanja zasnovanog na zakonu održanja energije. Formula (3) vam omogućava da izračunate količinu topline koja se oslobađa u bilo kojem dijelu kruga koji sadrži bilo koju vrstu vodiča.

Trenutna snaga.

Bilo koji električni uređaj (lampa, elektromotor) je dizajniran da troši određenu energiju u jedinici vremena. Stoga, uz rad nečega, koncept trenutna snaga. Snaga struje jednaka je odnosu rada struje tokom vremenat do ovog vremenskog intervala.

Prema ovoj definiciji

(4)

Ovaj izraz za snagu može se prepisati u nekoliko ekvivalentnih oblika koristeći Ohmov zakon za dio kola:

Na većini uređaja je naznačena snaga koju troše.

Prolazak električne struje kroz provodnik je praćen oslobađanjem energije u njemu. Ova energija je određena radom struje: proizvodom prenesenog naboja i napona na krajevima provodnika.

ELEKTROMOTORNA SILA.

Svaki izvor struje karakterizira elektromotorna sila ili EMF. Dakle, na okrugloj bateriji za baterijsku lampu piše: 1,5 V. Šta to znači?

Spojite provodnikom dvije metalne kuglice koje nose naboje suprotnih predznaka. Pod uticajem električnog polja ovih naelektrisanja u provodniku nastaje električna struja (slika 1). Ali ova struja će biti vrlo kratkoročna. Naelektrisanja se brzo neutrališu, potencijali kuglica postaju isti, a električno polje nestaje.

Snage treće strane.

Da bi struja bila konstantna, potrebno je održavati konstantan napon između kuglica. Za ovo je potreban uređaj (trenutni izvor), koji bi pomicao naboje s jedne lopte na drugu u smjeru suprotnom od smjera sila koje na ta naboja djeluju iz električnog polja loptica. U takvom uređaju na naelektrisanje, pored električnih sila, moraju uticati i sile neelektrostatičkog porekla (slika 2). Samo električno polje naelektrisanih čestica (Kulonovo polje) nije u stanju da održi konstantnu struju u kolu.

Sve sile koje djeluju na električno nabijene čestice, s izuzetkom sila elektrostatičkog porijekla (tj. Kulonove), nazivaju se vanjskim silama.

Zaključak o potrebi da sile treće strane održavaju konstantnu struju u krugu će postati još očigledniji ako se okrenemo zakonu održanja energije. Elektrostatičko polje je potencijalno. Rad ovog polja pri kretanju nabijenih čestica duž zatvorenog električnog kola jednak je nuli. Prolazak struje kroz provodnike je praćen oslobađanjem energije - provodnik se zagrijava. Stoga, u svakom kolu mora postojati neki izvor energije koji ga opskrbljuje krugu. U njemu, pored Kulonovih snaga, nužno moraju djelovati i nepotencijalne sile treće strane. Rad ovih sila duž zatvorene konture mora biti različit od nule. U procesu obavljanja rada ovih sila nabijene čestice dobijaju energiju unutar izvora struje, a zatim je daju provodnicima električnog kola.

Vanjske sile pokreću nabijene čestice unutar svih izvora struje: u generatorima u elektranama, u galvanskim ćelijama, baterijama itd.

Kada je kolo zatvoreno, u svim provodnicima kola se stvara električno polje. Unutar izvora struje, naboji se kreću pod djelovanjem vanjskih sila protiv Kulombovih sila (elektrona s pozitivno nabijene elektrode na negativnu), a u ostatku kola ih pokreće električno polje (vidi sliku 2).

Analogija između električne struje i protoka fluida.

Da bismo bolje razumjeli mehanizam nastanka struje, okrenimo se sličnosti između električne struje u vodiču i protoka tekućine kroz cijevi.

U bilo kojem dijelu horizontalne cijevi, tekućina teče zbog razlike tlaka na krajevima dijela. Tečnost se kreće u pravcu pada pritiska. Ali sila pritiska u tečnosti je vrsta elastične sile koja je potencijalna, poput Coulombovih sila. Stoga je rad ovih sila na zatvorenom putu jednak nuli, a te sile same po sebi nisu sposobne uzrokovati dugotrajnu cirkulaciju tekućine kroz cijevi. Protok tekućine praćen je gubicima energije uslijed djelovanja sila trenja. Za cirkulaciju vode potrebna je pumpa.

Klip ove pumpe deluje na čestice tečnosti i stvara konstantnu razliku pritiska na ulazu i izlazu pumpe (slika 3). Zbog toga tečnost teče kroz cijev. Pumpa je slična izvoru struje, a ulogu vanjskih sila ima sila koja djeluje na vodu sa strane klipa u pokretu. Unutar pumpe, tekućina teče iz područja nižeg tlaka u područja visokog tlaka. Razlika pritiska je slična naponu.

Priroda stranih sila.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U generatorima u elektranama, vanjska sila je sila koja djeluje sa strane magnetskog polja na elektrone u provodniku koji se kreće. O tome se ukratko govorilo na kursu fizike VIII razreda.

U galvanskoj ćeliji, na primjer, Volta elementu, djeluju kemijske sile. Volta element se sastoji od cink i bakrenih elektroda smještenih u otopini sumporne kiseline. Hemijske sile uzrokuju otapanje cinka u kiselini. Pozitivno nabijeni ioni cinka prelaze u otopinu, a sama cinkova elektroda postaje negativno nabijena. (Bakar se vrlo malo otapa u sumpornoj kiselini.) Između cink i bakrene elektrode pojavljuje se razlika potencijala, što uzrokuje struju u zatvorenom električnom kolu.

Elektromotorna sila.

Djelovanje vanjskih sila karakterizira važna fizička veličina koja se naziva elektromotorna sila (skraćeno EMF).

Elektromotorna sila u zatvorenoj petlji je omjer rada vanjskih sila pri kretanju naboja duž petlje do naboja:

Elektromotorna sila se izražava u voltima.

Možete govoriti o elektromotornoj sili u bilo kojem dijelu kola. Ovo je specifičan rad vanjskih sila (rad kretanja jednog naboja) ne u cijelom krugu, već samo u ovoj oblasti. Elektromotorna sila galvanske ćelije postoji rad vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja unutar elementa s jednog pola na drugi. Rad vanjskih sila ne može se izraziti kroz razliku potencijala, jer vanjske sile nisu potencijalne i njihov rad ovisi o obliku putanje. Tako je, na primjer, rad vanjskih sila pri pomicanju naboja između terminala izvora struje izvan samog izvora jednak nuli.

Sada znate šta je EMF. Ako je na bateriji napisano 1,5 V, to znači da sile treće strane (u ovom slučaju kemijske) rade 1,5 J pri pomicanju naboja od 1 C s jednog pola baterije na drugi. Jednosmjerna struja ne može postojati u zatvorenom kolu ako u njemu ne djeluju vanjske sile, tj. nema EMF

Pirinač #1 Pirinač #2 Pirinač #3

Ohmov zakon za kompletno kolo

Elektromotorna sila određuje jačinu struje u zatvorenom električnom kolu sa poznatim otporom.

Koristeći zakon održanja energije, nalazimo zavisnost struje od EMF-a i otpora.

Razmotrimo najjednostavniji kompletan (zatvoren) krug, koji se sastoji od izvora struje (galvanske ćelije, baterije ili generatora) i otpornika s otporom. R(Sl. 1). Izvor struje ima EMF ε i otpor r. Otpor izvora se često naziva unutrašnjim otporom za razliku od vanjskog otpora R kola. U generatoru, r je otpor namotaja, a u galvanskoj ćeliji otpor otopine elektrolita i elektroda.

Ohmov zakon za zatvoreno kolo povezuje jačinu struje u kolu, EMF i impedansa R + r kola. Ovaj odnos se može teorijski uspostaviti korištenjem zakona održanja energije i Joule-Lenzovog zakona.

Pustite na vreme t električni naboj će proći kroz poprečni presjek provodnika q. Tada se rad vanjskih sila pri pomicanju naboja? q može zapisati na sljedeći način: A st \u003d ε · q. Prema definiciji struje q = It . Zbog toga

(1)

Kada se ovaj rad obavlja na unutrašnjim i vanjskim dijelovima kola, čiji otpori r i R oslobađa se nešto toplote. Prema Joule-Lenzovom zakonu, to je jednako:

Q = I 2 Rt + I 2 rt.(2)

Prema zakonu očuvanja energije A = Q. Izjednačavanjem (1) i (2) dobijamo:

ε = IR + Ir(3)

Često se naziva proizvod jačine struje i otpora dijela strujnog kola pad napona u ovoj oblasti. Dakle, EMF je jednak zbiru padova napona u unutrašnjem i vanjskom dijelu zatvorenog kola.

Obično se Ohmov zakon za zatvoreno kolo zapisuje u obliku

(4)

Spojimo kolo koje se sastoji od nenapunjenog kondenzatora kapaciteta C i otpornika otpora R na izvor napajanja konstantnog napona U (slika 16-4).

Budući da u trenutku uključivanja kondenzator još nije napunjen, napon na njemu je, dakle, u kolu u početnom trenutku vremena pad napona na otporu R jednak je U i nastaje struja, jačine koji

Rice. 16-4. Punjenje kondenzatora.

Prolazak struje i je praćen postupnim nakupljanjem naboja Q na kondenzatoru, na njemu se pojavljuje napon i pad napona na otporu R se smanjuje:

kako slijedi iz Kirchhoffovog drugog zakona. Dakle, jačina struje

Smanjuje se i brzina akumulacije naboja Q, jer struja u kolu

Vremenom, kondenzator nastavlja da se puni, ali naelektrisanje Q i napon na njemu rastu sve sporije (slika 16-5), a struja u kolu postepeno opada proporcionalno razlici - naponima

Rice. 16-5. Grafikon promjene struje i napona pri punjenju kondenzatora.

Nakon dovoljno dugog vremenskog intervala (teoretski beskonačno dugo), napon na kondenzatoru dostiže vrijednost jednaku naponu izvora napajanja, a struja postaje nula - proces punjenja kondenzatora završava.

Proces punjenja kondenzatora je duži, što je veći otpor kruga R, što ograničava jačinu struje, i što je veći kapacitet kondenzatora C, jer bi se s velikim kapacitetom trebao akumulirati veći naboj. Brzinu procesa karakterizira vremenska konstanta kruga

što više, to je proces sporiji.

Vremenska konstanta kola ima dimenziju vremena, budući da

Nakon vremenskog intervala od trenutka uključivanja kola, jednakog , napon na kondenzatoru dostiže približno 63% napona napajanja, a nakon određenog intervala, proces punjenja kondenzatora se može smatrati završenim.

Napon kondenzatora pri punjenju

tj. jednaka je razlici između konstantnog napona izvora napajanja i slobodnog napona koji se vremenom smanjuje prema zakonu eksponencijalne funkcije od vrijednosti U do nule (Sl. 16-5).

Struja punjenja kondenzatora

Struja od početne vrijednosti postepeno opada prema zakonu eksponencijalne funkcije (slika 16-5).

b) Pražnjenje kondenzatora

Razmotrimo sada proces pražnjenja kondenzatora C, koji je bio napunjen iz izvora napajanja na napon U kroz otpornik otpora R (slika 16-6, gdje je prekidač pomjeren iz položaja 1 u položaj 2).

Rice. 16-6. Pražnjenje kondenzatora preko otpornika.

Rice. 16-7. Grafikon promjene struje i napona kada se kondenzator isprazni.

U početnom trenutku u krugu će se pojaviti struja i kondenzator će se početi prazniti, a napon na njemu će se smanjiti. Kako napon opada, struja u kolu će se također smanjiti (slika 16-7). Nakon vremenskog intervala, napon na kondenzatoru i struja kola će se smanjiti na približno 1% početnih vrijednosti, a proces pražnjenja kondenzatora može se smatrati završenim.

Napon kondenzatora tokom pražnjenja

tj. smanjuje se prema zakonu eksponencijalne funkcije (Sl. 16-7).

Struja pražnjenja kondenzatora

tj. on, kao i napon, opada po istom zakonu (sl. 6-7).

Sva energija pohranjena kada se kondenzator napuni u svom električnom polju oslobađa se kao toplota u otporu R tokom pražnjenja.

Električno polje napunjenog kondenzatora, isključenog iz izvora napajanja, ne može ostati nepromijenjeno dugo vremena, jer dielektrik kondenzatora i izolacija između njegovih terminala imaju određenu vodljivost.

Pražnjenje kondenzatora zbog nesavršenosti dielektrika i izolacije naziva se samopražnjenje. Vremenska konstanta za vrijeme samopražnjenja kondenzatora ne ovisi o obliku ploča i udaljenosti između njih.

Procesi punjenja i pražnjenja kondenzatora nazivaju se tranzijenti.

Cover

Nastavno sredstvo za laboratorijske radove br. 3.3

u disciplini "fizika"

Vladivostok

Naslov

Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije

Fakultet prirodnih nauka

PROUČAVANJE PROCESA PUNJENJA I PRŽNJENJA KONDENZATORA. ODREĐIVANJE KAPACITETA KONDENZATORA

Vladivostok

Dalekoistočni federalni univerzitet

____________________________________________________________________________________________________________

Promet naslova

UDK 53 (o76.5)

Sastavila: O.V. Plotnikova

Proučavanje procesa punjenja i pražnjenja kondenzatora. Određivanje kapacitivnosti kondenzatora: vaspitno-metodički. priručnik za laboratorijski rad br. 3.3 iz discipline "Fizika" / Dalekoistočni federalni univerzitet, Fakultet prirodnih nauka [komp. O.V. Plotnikova]. - Vladivostok: Dalnevost. federalni. un-t, 2013. - str.

Priručnik, pripremljen na Odsjeku za opštu fiziku Fakulteta prirodnih nauka Dalekoistočnog federalnog univerziteta, sadrži kratak teorijski materijal na temu „Električna kapacitivnost. Kondenzatori” i brifing za laboratorijski rad „Proučavanje procesa punjenja i pražnjenja kondenzatora. Određivanje kapacitivnosti kondenzatora" u disciplini "Fizika".

Za studente osnovnih studija FEFU-a.

UDK 53 (o76.5)

Cilj: eksperimentalna potvrda zakona koji opisuju procese punjenja i pražnjenja kondenzatora, određivanje vremenske konstante električnog kola, određivanje nepoznate kapacitivnosti kondenzatora.

Kratka teorija

Električni kapacitet.

Provodniki su tvari koje sadrže veliki broj slobodnih nabijenih čestica. U metalnim provodnicima takve čestice su slobodni elektroni, u elektrolitima - pozitivni i negativni ioni, u ioniziranim plinovima - ioni i elektroni.

Ako uzmemo u obzir provodnik, pored kojeg nema drugih vodiča, onda se naziva usamljenim. Iskustvo pokazuje da je potencijal usamljenog provodnika direktno proporcionalan naelektrisanju na njemu. Odnos naboja koji se prenosi provodniku i njegovog potencijala naziva se električni kapacitet provodnika (ili jednostavno kapacitivnost):

Dakle, kapacitivnost je određena količinom naboja koja se mora prenijeti provodniku da bi se njegov potencijal povećao za jedan.

Kapacitet ovisi o veličini i obliku vodiča, o dielektričnoj konstanti medija, o prisutnosti drugih vodiča u blizini i ne ovisi ni o naboju ni o potencijalu. Dakle, za usamljenu provodnu loptu poluprečnika R, kapacitivnost je:

S = 4πεε 0 R. (jer je potencijal φ=
).

Ovdje je ε permitivnost medija, ε 0 je električna konstanta.

Jedinica kapacitivnosti u SI sistemu naziva se Farad (F). 1F = 1 .

Kondenzatori.

Kapacitet poseduju ne samo pojedinačni provodnici, već i provodnički sistemi. Sistem koji se sastoji od dva provodnika odvojena dielektričnim slojem naziva se kondenzator. Provodnici se u ovom slučaju nazivaju kondenzatorske ploče. Naelektrisanja na pločama imaju suprotne predznake, ali je modul isti. Gotovo cijelo polje kondenzatora koncentrisano je između ploča i.

Kapacitet kondenzatora naziva se vrijednost

C= , (1)

gdje je q apsolutna vrijednost naboja jedne od ploča, U je razlika potencijala (napon) između ploča.

Ovisno o obliku ploča, kondenzatori su ravni, sferni, cilindrični.

Nađimo kapacitet ravnog kondenzatora, čije ploče imaju površinu S, nalaze se na udaljenosti d, a prostor između ploča je ispunjen dielektrikom sa permitivnošću ε.

Ako je površinska gustina naelektrisanja na pločama jednaka σ (σ= ), tada je jačina polja kondenzatora (polje se smatra uniformnim) jednaka:

E= =

Razlika potencijala između ploča povezana je sa jačinom polja: E = , odakle dobijamo U=Ed = =

Koristeći formulu (1) dobijamo izraz za kapacitivnost ravnog kondenzatora:

C = (2)

Povezivanje kondenzatora.

Postoje dvije glavne vrste veze: serijska i paralelna.

Kada su spojeni paralelno (slika 1), ukupan kapacitet baterije jednak je zbroju kapaciteta svih kondenzatora:

Sa totalom \u003d C 1 + C 2 + C 3 + ... \u003d ΣC i. (3)

Kod serijske veze (slika 2), recipročna vrijednost ukupne kapacitivnosti jednaka je zbroju recipročnih vrijednosti kapaciteta svih kondenzatora:

. (4)

Ako je n kondenzatora sa istim kapacitetom C spojeno u seriju, onda je ukupni kapacitet: C ukupno. =

Rice. 1. Paralelna veza. Rice. 2. Serijska veza

Energija kondenzatora.

Ako je proces punjenja kondenzatora spor (kvazistacionaran), onda možemo pretpostaviti da je u svakom trenutku potencijal bilo koje ploče kondenzatora isti u svim tačkama. Kada se punjenje poveća za dq, posao je završen
, gdje je u trenutna vrijednost napona između ploča kondenzatora. S obzirom na to
, dobijamo:
. Ako kapacitivnost ne ovisi o naponu, onda ovaj rad ide na povećanje energije kondenzatora. Integracijom ovog izraza dobijamo:

gdje je W energija kondenzatora, U je napon između ploča napunjenog kondenzatora.

Koristeći odnos između naboja, kapacitivnosti i napona, možemo predstaviti izraz za energiju napunjenog kondenzatora u drugim oblicima:

. (5)

Kvazistacionarne struje. Procesi punjenja i pražnjenja kondenzatora.

Kada se kondenzator puni ili prazni, struja teče u krugu kondenzatora. Ako se promjene struje dešavaju vrlo sporo, odnosno prilikom uspostavljanja električne ravnoteže u kolu, promjene struje i emf. su male, onda se zakoni jednosmjerne struje mogu koristiti za određivanje njihovih trenutnih vrijednosti. Takve struje koje se sporo mijenjaju nazivaju se kvazistacionarnim.

Budući da je brzina uspostavljanja električne ravnoteže visoka, koncept kvazistacionarnih struja uključuje i prilično brze procese u uobičajenom smislu: naizmjeničnu struju, mnoge električne oscilacije koje se koriste u radiotehnici. Struje punjenja ili pražnjenja kondenzatora su također kvazistacionarne.

Razmotrimo električni krug, čiji će ukupni otpor biti označen sa R. Kolo sadrži kondenzator sa kapacitetom C spojen na izvor napajanja sa emf. ε (slika 3).

Rice. 3. Procesi punjenja i pražnjenja kondenzatora.

Punjenje kondenzatora. Nanošenje na konturu ε RC1ε drugo Kirchhoffovo pravilo, dobijamo:
,

gdje su I, U trenutne vrijednosti struje i napona na kondenzatoru (smjer zaobilaženja kruga je označen strelicom).

S obzirom na to
,
, možemo svesti jednačinu na jednu varijablu:

Hajde da predstavimo novu varijablu:
. Tada će jednačina biti napisana:

Dijelimo varijable i integrišemo, dobijamo:
.

Da bismo odredili konstantu A, koristimo početne uslove:

t=0, U=0, u= - ε. Tada dobijamo: A= - ε. Vraćanje na varijablu
, konačno dobijamo izraz za napon na kondenzatoru:

. (6)

Vremenom se napon na kondenzatoru povećava, asimptotski se približava emf. izvor (slika 4, I.).

Pražnjenje kondenzatora. Za CR2C kolo, prema drugom Kirchhoffovom pravilu: RI=U. Takođe koristimo:

, And
(struja teče u suprotnom smjeru).

Svodeći na varijablu U, dobijamo:

. Integracijom dobijamo:
.

Integraciona konstanta B određena je iz početnih uslova: t=0, U=ε. Tada dobijamo: B=ε.

Za napon na kondenzatoru, konačno dobijamo:

. (7)

Vremenom napon opada, približavajući se 0 (slika 4, II).

Rice. 4. Grafikoni punjenja (I) i pražnjenja (II) kondenzatora.

Vremenska konstanta. Priroda procesa punjenja i pražnjenja kondenzatora (uspostavljanje električne ravnoteže) ovisi o vrijednosti:

, (8)

koja ima dimenziju vremena i naziva se vremenska konstanta električnog kola. Vremenska konstanta pokazuje koliko dugo nakon početka pražnjenja kondenzatora napon opada za faktor e (e = 2,71).

Teorija metoda

Uzmimo logaritam izraza (7):

(uzima se u obzir da je RC=τ).

Zavisnost lnU od t (linearna zavisnost) izražava se pravom linijom (slika 5) koja prelazi y-osu (lnU) u tački sa koordinatama (0; lnε). Nagib K ovog grafikona će odrediti vremensku konstantu kola:
, gdje:

. (9)

Rice. 5. Zavisnost prirodnog logaritma napona od vremena tokom pražnjenja kondenzatora

Koristeći formule:
I
, može se dobiti da za isti vremenski interval
:
.

Odavde:
. (10)

Eksperimentalna postavka

Instalacija se sastoji od glavne jedinice - mjernog modula sa terminalima za spajanje dodatnih elemenata, izvora napajanja, digitalnog multimetra i seta minimodula različitih vrijednosti otpora i kapacitivnosti.

Za obavljanje posla sastavlja se električni krug u skladu sa dijagramom prikazanim na gornjoj ploči modula. Mini-modul nominalne vrijednosti 1 MΩ spojen je na utičnice “R 1”, a mini-modul nominalne vrijednosti od 100 oma na “R 2” utičnice. Parametre ispitivanog kondenzatora, spojenog na utičnice "C", postavlja nastavnik. U priključne utičnice ampermetra ugrađen je kratkospojnik. Digitalni multimetar u voltmetarskom režimu je povezan na utičnice voltmetra.

Treba napomenuti da otpori otpornika za punjenje-pražnjenje (mini-modula) R i digitalnog voltmetra RV čine djelitelj napona, što dovodi do činjenice da u stvari maksimalni napon na kondenzatoru neće biti jednak ε, ali
,

gdje je r 0 otpor izvora napajanja. Odgovarajuće ispravke će takođe biti potrebno izvršiti prilikom izračunavanja vremenske konstante. Međutim, ako je ulazni otpor voltmetra (10 7 Ohm) mnogo veći od otpora otpornika, a otpor izvora je nizak, tada se ove korekcije mogu zanemariti.

Radni nalog

Tabela 1

ε= IN,R 1 = Ohm, S 1 = F
Pražnjenje


τ 1 ±Δτ 1 (od)

tabela 2

ε = B,R 1 \u003d Ohm, C X =? F
Pražnjenje


τ X ±Δτ X (od)
OD X ± Δ OD X (Ž)

Tabela 3

ε= IN,R 2 = Ohm, S 2 = F
Pražnjenje


τ 2 ±Δτ 2 (od)

Obrada rezultata mjerenja

Prema rezultatima mjerenja, učenici obavljaju jedan od sljedećih zadataka (po nalogu nastavnika).

Zadatak 1. Konstrukcija krivulja pražnjenja kondenzatora i eksperimentalna potvrda zakona koji opisuje ovaj proces.

Koristeći podatke preuzete iz tabela 1 i 3, nacrtajte grafike napona u odnosu na vrijeme pri pražnjenju kondenzatora C 1 i C 2. Analizirajte ih, uporedite sa teorijskim (slika 4).

Napraviti grafikone pražnjenja kondenzatora C 1 i C 2 u osama (lnU, t). Analizirajte ih, uporedite sa teorijskim (slika 5).

Iz grafikona odrediti koeficijente nagiba K 1 i K 2. Prosječna vrijednost koeficijenta nagiba nalazi se kao omjer koji određuje tangentu nagiba prave linije:

Slučajne greške mogu se procijeniti grafičkom metodom na osnovu odstupanja eksperimentalnih tačaka u odnosu na nacrtanu pravu liniju. Relativna greška nagiba može se naći prema formuli:

gdje je δ(lnU) odstupanje (u projekciji na osu lnU) od prave linije najudaljenije eksperimentalne tačke,
- interval u kojem su izvršena mjerenja.

Zadatak 2. Određivanje nepoznate kapacitivnosti kondenzatora.

Koristeći podatke preuzete iz tabela 1 i 2, nacrtajte grafike napona u odnosu na vrijeme pri pražnjenju kondenzatora C 1 i C x. Analizirajte ih, uporedite sa teorijskim (slika 4).

Napraviti grafikone pražnjenja kondenzatora C 1 i C x u osama (lnU, t). Uporedite ih i izvedite zaključak o odnosu vremenskih konstanti (vidi sliku 5).

Odredite nepoznati kapacitet formulom (10) koristeći grafikone i podatke iz tabela 1 i 2.

Naći relativne greške koeficijenata nagiba ε K1 i ε kx (vidi tačku 4. zadatka 1).

Odredite relativne i apsolutne greške kapacitivnosti:

,
.

Uporedite dobijenu vrednost C x sa vrednošću izmerenom digitalnim multimetrom u kapacitivnom režimu. Napravite zaključak.

Dodatni zadatak.

Izračunajte energiju napunjenog kondenzatora koristeći formulu (5).

test pitanja

Šta je kondenzator? Koliki je kapacitet kondenzatora?

Dokažite da je električno polje ravnog kondenzatora koncentrisano između njegovih ploča.

2. Koliko kondenzatora kapaciteta 2 mikrofarada treba uzeti i kako ih spojiti,

da dobijete ukupni kapacitet od 5uF?

Kako možete pronaći energiju napunjenog kondenzatora?

Koje struje se nazivaju kvazistacionarnim? Zašto se struje punjenja i pražnjenja kondenzatora mogu klasificirati kao kvazistacionarne?

Po kom se zakonu mijenja napon na kondenzatoru tokom procesa a) punjenja i b) pražnjenja?

Kolika je vremenska konstanta kola? Od čega zavisi?

Zašto je dijagram lnU naspram t prikazan u ovom radu?

Kako se u ovom radu određuje vremenska konstanta električnog kola?

LITERATURA

1. Trofimova T.I. Kurs fizike. / T.I. Trofimov. - M.: Viša škola, 2006-2009 - 544 str.

2 Saveljev I.V. Kurs fizike. U 3 toma. Volume 2. Električna energija. Vibracije i talasi. Talasna optika. Ed. 3. stereotip. / I.V. Savelyev - M.: Lan, 2007. - 480 str.

3. Grabovskiy R.I. Kurs fizike / R.I. Grabovski - Sankt Peterburg: Izdavačka kuća Lan, 2012. - 608s.

4 Zisman G. A., Todes O. M. Kurs opšte fizike. U 3 toma. Tom 2. Elektricitet i magnetizam / G.A. Zisman, O.M. Todes - Sankt Peterburg: "Lan", 2007. - 352c.

Kraj naslova

Edukativno izdanje

Sastavio:

Plotnikova Olga Vasiljevna