Рассмотрим идеальный конденсатор, длина которого между его пластинами. Клеммы конденсатора открыты; они не связаны с каким-либо конечным импедансом. Его мощность и имеет начальное напряжение .
Что произойдет с напряжением конденсатора, если сделать зазор между пластинами без изменения количества заряда на пластинах?
Мои мысли по этому поводу:
Увеличение зазора уменьшит емкость.
Поскольку величина заряда неизменна, новое напряжение на конденсаторе будет равно
Это правда? Можем ли мы изменить напряжение конденсатора, просто перемещая его пластины? Например, предположим, что я ношу пластиковые туфли и на моем теле есть заряд. Это, естественно, вызовет статическое напряжение, поскольку мое тело и земля действуют как обкладки конденсатора. Теперь, если я заберусь на здание с идеальным изолятором (например, на сухое дерево), увеличится ли статическое напряжение на моем теле?
По этому принципу работает машина Вимшерста .
Он заряжает пластины, которые расположены близко друг к другу, а затем раздвигает пластины, создавая высокое напряжение.
Когда я учился в школе, в 70-х, один ребенок сделал такой, используя печатную плату для дисков и граммофонные иглы для создания начального заряда. «Работу» выполнял электродвигатель. Основываясь на длине искры, я думаю, что она произвела более 200 000 В.
Его отец взял его на работу, где они разрабатывали телефоны и тестировали с его помощью первые электронные телефоны.
Да, напряжение увеличивается. Кажется, большинство из нас узнали об этом в школе. У моего профессора физики была установка с подвижными пластинами и очень чувствительный (на самом деле, с очень высоким импедансом) вольтметр. Когда пластины были раздвинуты, напряжение увеличилось.
Это происходит из элементарной формулы Q=CV. Разъединение пластин снижает емкость. Заряд никуда не делся, поэтому напряжение должно повышаться. Это может показаться нелогичным, но заряды на пластинах хотят притягиваться друг к другу, а вы выполняете работу, раздвигая их.
Вы можете воспроизвести описанный выше эксперимент, если у вас есть вольтметр с входом на полевом транзисторе (или осциллограф, если вам повезет). Заземлите отрицательный провод и держите другой провод в руке. Если ваша обувь не проводит ток и к вам не подключены антистатические браслеты, вы должны иметь возможность отклонять измеритель, просто поднимая и опуская ногу. Между прочим, трение о ковер создает заряд, а поднятие ног и отодвигание — это то, что поднимает эти статические заряды до таких высоких уровней напряжения.
С практической точки зрения, именно так работает электретный конденсаторный микрофон. При вибрации диафрагмы изменяется емкость между ней и неподвижной пластиной, а вместе с ней изменяется и напряжение.
Напряжение однозначно увеличивается.
Q = С * U
Поскольку вы уменьшаете C, увеличивая зазор, но Q остается прежним, U будет увеличиваться.
В школьные годы я не хотел в это верить, поэтому мой учитель отправил меня в комнату для опытов с высоковольтным источником питания, пластинами, кабелями, изоляторами и гальванометром. Я проверил это, и это правда! Напряжение увеличивается по мере увеличения зазора.
Электрическое поле между двумя параллельными пластинами площадью примерно , следовательно, напряжение на расстоянии отдельно будет .
Таким образом, удвоение расстояния приведет к удвоению напряжения.
Приближение электрического поля будет значительно ухудшаться по мере становится больше некоторой доли некоторого характерного размера пластин.
Как известно, конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин. А потенциал между двумя пластинами площадью A, расстоянием d и зарядами +Q и -Q определяется выражением
Таким образом, разность потенциалов прямо пропорциональна разделительному расстоянию.
Вы правы. Вы можете заметить, что при сохранении заряда энергия, накопленная в конденсаторе после разделения пластин, увеличилась:
в контексте, описанном с не соединенными пластинами, сценарий и формулы показывают, что для расстояния 2l вам потребуется удвоенное напряжение для поляризации того же количества заряда.
Карл Виттофт