Объяснение демонстрации конденсатора

Я знаю, что для заряженного конденсатора, когда пластины раздвигаются дальше друг от друга, напряжение увеличивается, а емкость уменьшается. Но ведь по мере того, как пластины оттягиваются все дальше и дальше друг от друга, разность потенциалов на пластинах или напряжение не могут расти бесконечно? Где это останавливается?

также может кто-нибудь объяснить более подробно, возможно, со схемой установки, показанной в этом видео? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

Особенно, если он заряжает конденсатор с помощью блока питания, а затем отключает питание, где тогда измеряется ток при раздвигании пластин? Я предполагаю, что пластины не связаны электрически, иначе конденсатор разрядился бы?

Считаете ли вы, что ваша потенциальная энергия не должна расти бесконечно по мере того, как вы удаляетесь все дальше и дальше от массивного тела, такого как планета?
На практике он останавливается, когда напряжение становится достаточно большим, чтобы ионизировать воздух вокруг пластин конденсатора и таким образом разрядить конденсатор. Напряжение, необходимое для запуска разряда с острого конца или угла проводника, составляет всего несколько кВ.
@AaronStevens: Честно говоря, она не растет бесконечно, поскольку существует такая вещь, как скорость убегания.
@MichaelSeifert Я не уверен, что следую. − 1 р является монотонно возрастающей функцией как р увеличивается
Верно, но оно не увеличивается без ограничений. Я полагаю, это зависит от того, интерпретируете ли вы «бесконечно возрастать» как «монотонно возрастать» или «становиться произвольно большим».
@MichaelSeifert А, хорошо, я понимаю, что ты говоришь. Да, я не хотел сказать, что потенциал неограниченно возрастает. Я имел в виду, что по мере того, как вы продвигаетесь все дальше и дальше, ваш потенциал всегда увеличивается, хотя и все медленнее и медленнее.
сравнивать гравитационную потенциальную энергию кажется странным, потому что чем дальше масса удаляется от другой массы, тем меньшую силу она испытывает, пока не наступает момент, когда испытанная сила настолько незначительна, что ее можно учитывать только теоретически, мне трудно поверить, что можно получить в диапазон нескольких кВ путем разделения двух пластин с крошечной емкостью.
Поле будет неоднородным, если пластины раздвинутся, и необходимая сила уменьшится, как в примере с гравитацией/планетой.

Ответы (2)

брать гравитационную потенциальную энергию в качестве сравнения кажется странным, потому что чем дальше масса удаляется от другой массы, тем меньшую силу она испытывает, пока не наступает момент, когда испытанная сила настолько незначительна, что ее можно учитывать только теоретически.

То же самое происходит и с зарядными пластинами.

На близком расстоянии (когда расстояние много меньше размера пластин) поле между пластинами однородно и потенциал линейно возрастает с расстоянием. Это аналогично тому, как мы относимся к гравитационной энергии около Земли. Поле почти однородно, поэтому мы предполагаем, что энергия и потенциал увеличиваются линейно с высотой.

На больших расстояниях мы уже не можем считать поле однородным, и изменение энергии или потенциала с увеличением расстояния начинает быстро уменьшаться. На больших расстояниях силы/гравитационные/электрические поля стремятся к нулю.

Когда пластины конденсатора малы, линейная область разделения пластин также будет небольшой.

Я думаю, вы могли бы даже усилить последнее предложение: «независимо от того, насколько большими будут плиты, «линейная область» будет намного меньше».
На больших расстояниях (когда расстояние между пластинами намного больше, чем размер пластин) электрическое поле вокруг конденсатора примерно такое же, как поле от двух точечных зарядов, поэтому сила подчиняется закону обратных квадратов. На промежуточных расстояниях поле представляет собой нечто среднее между приближениями «ближнего поля» и «дальнего поля».

Но ведь по мере того, как пластины оттягиваются все дальше и дальше друг от друга, разность потенциалов на пластинах или напряжение не могут расти бесконечно? Где это останавливается?

Каждая пластина заряженного конденсатора несет на себе некоторый заряд. Каждая пластина также будет иметь некоторую собственную емкость.

Зная эту собственную емкость и этот заряд, мы можем найти потенциал изолированной пластины относительно бесконечности. Поскольку емкость изолированной пластины может быть намного меньше емкости конденсатора, частью которого она является, потенциал изолированной пластины может быть очень высоким по сравнению с напряжением на исходном конденсаторе, но все же он будет конечным, поскольку будет потенциалом изолированной сферы такого же размера.

Итак, если мы будем продолжать разносить две пластины заряженного конденсатора на бесконечном расстоянии, разность потенциалов между ними будет равна 2 х потенциала одной изолированной пластины - не бесконечность.

также может кто-нибудь объяснить более подробно, возможно, со схемой установки, показанной в этом видео? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

Цель этой установки - продемонстрировать взаимосвязь между емкостью, зарядом конденсатора и напряжением на конденсаторе, т.е. С "=" Вопрос В .

Схема установки показана ниже:

введите описание изображения здесь

Электроскоп (вверху) используется для измерения напряжения на конденсаторе. Электрометр (справа) используется для измерения тока заряда и разряда.

В первой части эксперимента (левая схема) источник питания, настроенный на 1 V, всегда подключен к конденсатору, а это значит, что напряжение на конденсаторе не меняется. Итак, при изменении расстояния между пластинами конденсатора и, следовательно, изменении емкости конденсатор заряжается или разряжается по формуле. Вы можете заметить, что при одинаковых регулировках расстояния зарядный и разрядный токи более значительны, когда пластины расположены ближе друг к другу, поскольку это приводит к большему относительному изменению емкости.

Во второй части эксперимента (правая схема) конденсатор заряжается от источника питания до 1,5 V, после чего питание отключается, а это означает, что заряд на конденсаторе останется примерно одинаковым на протяжении всего эксперимента.

При увеличении расстояния между пластинами емкость уменьшается и, следовательно, по формуле увеличивается напряжение, что и показывает электроскоп.

Затем, когда между пластинами вставляется лист диэлектрического материала, емкость увеличивается, что вызывает уменьшение напряжения.

Как уже упоминалось, заряд на конденсаторе во второй части эксперимента должен был быть постоянным, но мы видим, что электрометр по-прежнему регистрирует значительные токи заряда и разряда. Это происходит потому, что емкость электроскопа не пренебрежимо мала по сравнению с емкостью конденсатора, поэтому при изменении емкости конденсатора происходит некоторое перераспределение заряда. Таким образом, мы можем сказать, что эта установка не идеальна, но все же демонстрирует основные соотношения конденсаторов.

Хорошо, теперь я понял, это было частью путаницы, потому что я не был уверен, как может быть ток для конденсатора, который ни к чему не подключен. Теперь мне интересно, применимы ли те же принципы к конденсатору с параллельными пластинами, когда мы берем одну пластину и сдвиньте ее в сторону, что означает, что общая площадь поверхности между двумя пластинами уменьшится, что произойдет с зарядом на этот раз? он накапливается на той стороне пластины, которая обращена к противоположной пластине? а общий заряд не меняется?
@Girts Если одну пластину сдвинуть в сторону, емкость уменьшится. При постоянном напряжении, приложенном к конденсатору, заряд будет уменьшаться (перетекать обратно в источник питания), подобно тому, как это происходит, когда зазор между пластинами увеличивается: Q=CV.
@VF Во время второго эксперимента, как заряд, перемещающийся между конденсатором и вольтметром, регистрируется как показание на микроамперметре? Для этого потребуется, чтобы ток протекал через микроамперметр, поэтому суммарный заряд на пластинах, подключенных к вашим черным проводам, изменится, а на пластинах, подключенных к вашим красным проводам, - нет.
@Farcher Вы абсолютно правы. Я обновил схему, чтобы отразить это. Интересно, что я сделал себе мысленную пометку по этому поводу, когда разбирал видео, но потом как-то не с той стороны крана поставил амперметр. Спасибо за ваш отзыв.
Объяснение демонстрации конденсатора
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v