Почему диэлектрик втягивается в конденсатор
Перейти к содержимому

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

  • автор:

Почему если между обкладками конденсатора ввести диэлектрик, то емкость увеличивается.

Чем больше диэлектрическая проницаемость материала, тем он сильнее притягивает + к — из за этого?
Объясните простыми словами, а не википидией.

Лучший ответ

С=Q*U
При введении диэлектрика между пластинами конденсатора наблюдается явление поляризации. При поляризации образуются дополнительные, так называемые «наведенные заряды» и суммарный заряд Q становится больше. Чем больше проницаемость тем сильнее поляризация и тем больше образуется наведенных зарядов.

Остальные ответы

Проницаемость здесь не при чем. . Когда конденсатор переменной емкости, начинает работать по мере увеличении площади входа диэлектриков, увеличивается емкость. Обратите внимание на величину электролитических конденсаторов, чем больше величина тем больше емкость..

Диэлектрик поляризуется, образуе поле, противоположное приложенному, что уменьшает напряжение.

без диэлектрика (воздух) при подаче постоянной напруги на обкладках кондера собрались заряды и компенсировали внешнее электрическое поле (получился баланс: внутреннее поле прибежавших зарядов скомпенсировало приложенное электрическое поле) . А у диэлектрик, обладающий собственной поляризацией, увеличивает внутреннее электрическое поле между обкладками и на эти обкладки может прибежать больше зарядов — до тех пор, пока внутреннее поле между обкладками не скомпенсирует приложенное электрическое поле.

Научный форум dxdy

Последний раз редактировалось EUgeneUS 20.01.2023, 13:06, всего редактировалось 1 раз.

$\varepsilon ></p>
<p>Представим следующую конструкцию.<br />1. Есть плоский конденсатор конечных размеров.<br />2. Между обкладками у него расположена бесконечная лента диэлектрика (1$» />). Понятно, что между обкладками конденсатора расположена только часть бесконечной ленты диэлектрика.<br />3. Перенос зарядов с пластин на диэлектрик исключён. Например, вакуумными зазорами между диэлектриком и пластинами.</p><div class='code-block code-block-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 2pocketpc -->
<script src=

Зарядили конденсатор (подключили к источнику напряжения). Появилось статичное электрическое поля и соответствующая ему индукция электрического поля.
Всё хорошо.

А теперь лента диэлектрика начинает двигаться параллельно пластинам.
Рассмотрим небольшой объем диалектрика.
1. Вначале, когда этот элемент далеко от конденсатора, в этом объеме энергия электрического поля — ноль.
2. Этот объем приближается к конденсатору, энергия поля в этом объеме растет. Достигает максимума при входе этого элемента в конденсатор.
3. На выходе из конденсатора всё в обратном порядке — энергия электрического поля в этом элементе объёма диэлектрика начинает падать и падает до нуля.
Получается, что на входе в конденсатор объёмная плотность энергии в этом объеме откуда-то берётся, а на выходе объёмная плотность энергии куда-то девается.

Первый вопрос: откуда и куда ? И каким образом?

Далее предположим, что поляризация и деполяризация диэлектрика сопровождается диссипацией. Часть энергии уходит в тепло.
То есть вся эта система рассеивает какую-то мощность в тепло.
Вопрос: откуда эта мощность берётся?
Хорошо, она может браться из источника напряжения. Но каким образом? Возникновение некого тока с постоянной составляющей исключено, так как это приведет к бесконечному росту зарядов на пластинах, и бесконечному росту напряжения на конденсаторе.
А переменный ток — откуда бы ему взяться?

На второй вопрос есть ответ.
Диссипация приводит к возникновению сопротивления движению диэлектрика. Её придется тащить с некой силой. Вот работа этой силы и будет переводиться в тепло

EL_6 (Лабники)

Файл «EL_6» внутри архива находится в следующих папках: labniki, laby_elstat. Документ из архива «Лабники», который расположен в категории » «. Всё это находится в предмете «физика» из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе «лабораторные работы», в предмете «физика» в общих файлах.

Онлайн просмотр документа «EL_6»

Текст из документа «EL_6»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОГО ДИЭЛЕКТРИКА1. ВведениеЦель работы – определение диэлектрической проницаемости с помощью явления втягивания жидкого диэлектрика внутрь плоского конденсатора. Незаряженный диэлектрик, помещенный в электрическое поле, поляризуется. Процесс поляризации неполярного диэлектрика состоит в смещении центров тяжести положительных и отрицательных зарядов молекулы друг относительно друга, т. е. в образовании диполей. Поляризация полярного диэлектрика заключается в преимущественной ориентации вдоль поля уже имеющихся в диэлектрике диполей (см. введение работы № 5). Рассмотрим качественно поведение такого диполя в неоднородном электрическом поле. Пусть в направлении оси X напряженность поля Е возрастает. Графически это изображается сгущением силовых линий (рис. 1). Силы, действующие на заряды диполя, неодинаковы, , так как Е1 в той точке, где находится положительный заряд больше, чем Е2 в точке, где расположен отрицательный заряд. Следовательно, диполь в неоднородном поле под действием результирующей силы перемещается в область более сильного поля. Этим явлением, в частности, объясняется втягивание диэлектрика внутрь плоского конденсатора.
Рис. 1 Рис. 2 2. Описание установки и метода измерений Рассмотрим плоский конденсатор, частично погруженный в жидкий диэлектрик (рис. 2). Поскольку вблизи краев обкладок конденсатора имеется неоднородное поле, то на диполи действуют силы , вертикальные составляющие которых направлены вверх. В результате диэлектрик втягивается в зазор между обкладками конденсатора. Для нахождения результирующей вертикальной силы , с которой электрическое поле действует на жидкость в области неоднородного поля конденсатора, воспользуемся законом сохранения и превращения энергии. Для простоты расчета будем предполагать, что поверхность жидкости горизонтальна (в этом случае отсутствуют капиллярные явления), поле внутри конденсатора (а не у его краев) однородно и не влияет на изменение поверхностного натяжения жидкости. Так как конденсатор подключен к источнику питания, то разность потенциалов U между его обкладками остается постоянной. Пусть в процессе втягивания диэлектрика высота H столба жидкости между пластинами увеличивается на малую величину H (рис. 2). Тогда работа А, совершаемая силами электрического поля, равна (1) Кроме того, происходит изменение энергии электрического поля конденсатора на величину , (2) где С1 и С2 – емкости конденсатора до и после подъема жидкости на высоту H. Емкость конденсатора, частично заполненного диэлектриком, можно найти как емкость двух параллельно включенных конденсаторов, один из которых – с диэлектриком, другой – без него. Емкость такой системы равна , где а – ширина пластины; S – ее площадь; – площадь погруженной части пластины; d – расстояние между пластинами;  – диэлектрическая проницаемость жидкости. Отсюда легко найти изменение емкости . Втягивание жидкости в конденсатор и изменение энергии его поля происходит за счет работы источника тока. Если предположить, что процесс втягивания идет достаточно медленно, то сила тока в цепи столь мала, что можно пренебречь тепловыми потерями, а также считать разность потенциалов обкладок конденсатора равной ЭДС источника. Тогда на основании уравнения энергетического баланса запишем . (4) а работу, совершенную источником тока, найдем по формуле , (5) где – дополнительный заряд, перетекающий на пластины конденсатора по мере его заполнения диэлектриком (в данном случае на высоту H). Из уравнений (2), (4) и (5) определим работу сил поля (6) или, учитывая формулу (3), получим (7) С другой стороны, по формуле (1) A = fH, отсюда искомая сила будет равна . (8) Состояние равновесия жидкости наступит, когда будет выполнено условие f = mg. Если выразить массу m втянутого столба жидкости через ее плотность  и объем V = adh, то получим f = padhg. В этом выражении h – окончательная высота, на которую поднялась жидкость под действием поля при данном U (при выводе расчетной формулы под H подразумевалось малое приращение высоты). Подставив данное значение силы в формулу (8), найдем окончательное выражение для расчета диэлектрической проницаемости жидкости . (9) В стеклянную кювету К, заполненную жидким диэлектриком, опущены две параллельные пластины, к которым подводится напряжение* ( Переменное напряжение, которое используют в работе, не влияет на справедливость расчетной формулы (7), так как при низкой частоте поляризация диэлектрика успевает следовать за полем.) от повышающего трансформатора
Рис. 3 (рис. 3). Изменяют напряжение с помощью ЛАТРа (Л) (автотрансформатора), который вместе с трансформатором (Тр) находится внутри кожуха установки. Регулировку напряжения производят поворотом ручки, выведенной на переднюю панель корпуса. Измеряют напряжение на пластинах С киловольтметром (кВ). Изменение уровня жидкости и расстояние между пластинами определяются измерительным микроскопом М. В поле зрения измерительного микроскопа помещена шкала, ориентацию которой можно изменять. Для определения расстояния между пластинами шкалу располагают горизонтально; для определения изменения уровня жидкости при включении напряжения шкалу располагают вертикально. При измерениях следует иметь в виду, что изображение, даваемое окуляром, перевернутое. 3. Порядок выполнения работы

  1. Измеряют расстояние d между пластинами. Для этого шкалу микроскопа располагают горизонтально.
  2. Устанавливают шкалу микроскопа вертикально и отмечают уровень жидкости h1 между пластинами в отсутствие напряжения (ручка ЛАТРа в положении «0»).
  3. Поворотом ручки устанавливают требуемое напряжение (600 – 700 В). Измеряют уровень жидкости h2 при этом напряжении.
  4. Повторяют измерения h2 при других значениях напряжения. Всего 5 – 7 измерений в интервале от 600 до 1500 В.

4. Обработка результатов измерений

 =820 кг/м 3 ; d= . ; h1 = .

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Группа: VIP
Сообщений: 1,972

К примеру из учебника Калашникова на стр. 156 Вы не стали обращаться.
Придётся мне:
Пример 2. Рассмотрим плоский конденсатор, частично погруженный в жидкий диэлектрик. При заряжении пластин на жидкость в области неоднородного
поля действуют силы, и жидкость втягивается в конденсатор.

Далее приведён расчёт этой силы.

Цитата(BalablaXam @ 4.06.2008, 5:34)

Как будет «смываться» заряд с пластин?
Какие процессы будут происходить и какие силы будут в них участвовать?
Будет ли объемный заряд жидкости?
Будут ли пондемоторные силы мешающие вытеканию жидкости из конденсатора?

Тогда ещё, — вот, что написано на стр. 79:
Рассмотрим еще один опыт. Соединим последовательно плоский конденсатор, источник напряжения Б и чувствительный гальванометр. Если изоляция конденсатора достаточно хороша, то
гальванометр не покажет никакого тока. Быстро вдвинем теперь в конденсатор стеклянную пластину. Мы заметим, что при вдвигании диэлектрика гальванометр показывает кратковременный ток, который исчезает, как только
пластина перестает перемещаться. При выдвигании пластины в цепи появляется ток обратного направления. Возникновение тока в этом опыте опять
свидетельствует о появлении зарядов на диэлектрике. Эти заряды частично компенсируют действие зарядов на обкладках. Чтобы напряжение между обкладками осталось неизменным (конденсатор подключен к источнику),
на пластины должны перейти с источника дополнительные заряды, равные зарядам на диэлектрике, и поэтому в цепи возникает ток. При выдвигании диэлектрика эти дополнительные заряды уходят снова в источник и
в цепи появляется ток обратного направления.

tkm

Просмотр профиля

4.6.2008, 14:04

Группа: VIP
Сообщений: 1,851

morozov Developer Вы говорите о простейших учебных задачах, по сути школьных. А у человека, по всей видимости, задача реальная, в которой никакой Калашников не поможет.

Vladimir Dubrovs.

Vladimir Dubrovskii

Просмотр профиля

4.6.2008, 15:19

Группа: Гуру
Сообщений: 258

Цитата(tkm @ 4.6.2008, 14:04)
А у человека, по всей видимости, задача реальная, в которой никакой Калашников не поможет.

Кстати, никакой форум ему тоже не поможет. Нужно брать конденсатор, диэлектрик, измерительные приборы и проводить серьезный научный эксперимент. Предварительно конечно почитать Калашникова и другую, научную литературу по этой теме.

Developer

Просмотр профиля

4.6.2008, 15:35

Группа: VIP
Сообщений: 1,972

Цитата(tkm @ 4.06.2008, 15:04)
А у человека, по всей видимости, задача реальная, в которой никакой Калашников не поможет.

Ну, если реальная.
Тогда как в МУРе на допросе: кто, где, когда, с какой целью и при каких обстоятельствах.
Чего МуМу-то разводить? Да ещё на двух форумах сразу.

4.6.2008, 15:52
Цитата(Vladimir Dubrovskii @ 4.06.2008, 15:19)

Нужно брать конденсатор, диэлектрик, измерительные приборы и проводить серьезный научный эксперимент.

я бы, на самом деле, для начала несколько дней голову бы почесал и проиграл бы все это дело на компьютере. Посмотрел бы на напряженности, силовые линии, то сё.

Vladimir Dubrovs.

Vladimir Dubrovskii

Просмотр профиля

4.6.2008, 16:24

Группа: Гуру
Сообщений: 258

Цитата(Homo Sapiens @ 4.6.2008, 15:52)

я бы, на самом деле, для начала несколько дней голову бы почесал и проиграл бы все это дело на компьютере. Посмотрел бы на напряженности, силовые линии, то сё.

Можно и так. Однако, компьютерное моделирование, может оказаться более сложным, чем сам эксперимент. Кроме диэлектрической проницаемости и электропроводности нужно еще знать вязкость. Сначала нужно решить гидродинамическую задачу, а потом уже основную.

tkm

Просмотр профиля

4.6.2008, 17:56

Группа: VIP
Сообщений: 1,851

BalablaXam опишите все ж свою задачу подробно — без этого, боюсь, мы не сможем Вам помочь.

BalablaXam

Просмотр профиля

4.6.2008, 23:40

Группа: Участники
Сообщений: 3

Спасибо за ответы!

К сожалению учебник Калашникова(как и Ландсберга) поможет решить лишь школьные задачи или задачи начальных курсов университета.
Хотя учебники и хорошие, но для начального уровня.
Далее необходим Зисман-Тодес, Савельев и наконец Ландау.

В опытах Эйхенвальда по обнаружению эфира,если я правильно помню, заряды на пластинах и твердом диэлектрике двигались относительно друг друга, в тв. диэлектрике заряды намерво впечатаны в него, но в жидком , они могут перемещаться и силы электрического взаимодействия никто не отменял.

Исходные данные только те, что я написал (IMG:style_emoticons/default/smile.gif)

Имеем заряженный горизонтальный конденсатор, для простоты будем считать плоский (можно и цилиндрический если удобно), сквозь который течет диэлектрическая жидкость (2 случая полярная и неполярная) с различной скоростью от близких к 0, до скажем к 0,5 м/с. Конденсатор заряжается однократно. Диэлектрик течет только между его пластинами.

Основная идея:зависимость разряда конденсатора от объема диэлектрика пройденного сквозь него и(или) от скорости течения.

Для того, что бы ставить эксперимент необходима детальная теоретическая проработка этого вопроса,т.е. получение теоретических зависимостей.
Далее компьютерное моделирование в пакетах Ansys 11 либо COMSOL Multiphysics. В других пакетах наложение гидродинамики и электродинамики я не нашел. Для моделирования необходимо задать уравнения связывающие гидродинамические хар-ки жидкости с электрическими. (IMG:style_emoticons/default/32.gif)

Задача не такая простая как кажется на первый взгляд.

Давайте остановимся для начала на неполярной жидкости.

Процесс поляризации будет носить упругий характер, т.е. без потерь энергии.(Для полярной жидкости необходимо учитывать затраты энергии на ориентацию диполей)
Время поляризации 1*10^(-15) c. по сравнению со скоростью жидкости, почти мнгновенно.
В конденсаторе на жидкость будут действовать пондеромоторные силы (препятствуют вытеканию поляризованной жидкости).
В жидкости возникнут силы электрострикции (возникают в любом диэлектрике: ж., тв. или газообразном) приводящие к изменению объема жидкости.
На границе с пластинами выступят связные заряды.

Если возникнет объемная плотность зарядов, то все хорошо, поляризованная жидкость вытекает, унося с собой часть заряда.
Но если нет, то тогда жидкость может течь в середине конденсатора и не вызывать никакого изменения заряда.(что вряд ли)

При малых скоростях должна возникнуть зона нечувствительности.

Хотелось бы услышать мнение человека разбирающегося в физике жидких диэлектриков:)

Сообщение отредактировал BalablaXam — 5.6.2008, 1:33

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *