Где хранится заряд конденсатора
В диэлектрике и/или на пластинах?
В интернете можно найти немало «видеоопытов», направленных на в поисках «места» нахождения заряда (например), в которых электрический конденсатор разбирают и «щупают» величину заряда отдельно в диэлектрике и на пластинах.
Чтобы правильно ответить на вопрос заголовка статьи, конденсатор не следует разбирать, а заряд необходимо измерять прибором, а не «на искру».
Очевидно, что обкладки и диэлектрик прокладки конденсатора конструктивно связаны и заряд должен находиться в обоих «местах». Задача: найти какое количество заряда находится в диэлектрике и сколько его на пластинах.
Представим конденсатор в виде эквивалентного ему параллельного соединения двух конденсаторов: один из них «накапливает» заряд только в диэлектрике (индекс «д»), а второй — на пластинах (индекс «в»).
Как известно заряд плоского конденсатора Q равен
Q = CU = εεвS/d
где, C — ёмкость конденсатора; S – площадь пластин; d – расстояние между пластинами. ε — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ; εв — электрическая проницаемость вакуума.
Заряд плоского конденсатора с извлечённым диэлектриком
Qв = CвUв = εвS/d.
Заряд, извлечённый вместе с диэлектриком
Qд = Q — Qв = εвS (εU — Uв )/d.
Отношение k «диэлектрического» и «вакуумного» зарядов
k = (εU/Uв) -1,
Измерим отношение U/Uв для различных диэлектриков.
С этой целью собрал измерительный конденсатор с пластинами S = 370см2, не изменяя геометрические размеры которого можно извлекать диэлектрик. Заряжается конденсатор высоковольтным источником 3кВ, а напряжение, пропорциональное заряду, измеряется с помощью щитового прибора электростатической системы С75 со шкалой до 3кВ.
Для оргстекла, полиэтилена и оконного стекла отношение U/Uв оказалось близко к единице (±10%). Что подтверждает правомерность выбора эквивалентной схемы из двух параллельных конденсаторов.
Таким образом, отношение извлечённого и оставшегося зарядов конденсатора составляет
k = (ε -1) .
Вывод.
На вопрос: «где хранится заряд конденсатора?», правильно отвечать так:
«заряд находится и в диэлектрике, и на пластинах, в соотношении (ε — 1) /1.»
Если в пластинах конденсатора есть поры, то и внутри них.
Затем какое- то количество зарядов накапливается внутри кртисталлической решетки металла из которого сдеклана пластина конденсатора.
Затем часть заряда приходит с молекулами воздуха. Ваш конденсатор не в вакуума, а в квартире.
Часть может притекать через опору, на которой лежит конденсатор.
#56924 marsdmitri :Если в пластинах конденсатора есть поры, то и внутри них.
Затем какое- то количество зарядов накапливается внутри кртисталлической решетки металла из которого сдеклана пластина конденсатора.
Затем часть заряда приходит с молекулами воздуха. Ваш конденсатор не в вакуума, а в квартире.
Часть может притекать через опору, на которой лежит конденсатор.
Непонятно, что вы хотите сказать по существу поставленой мною и решённой здесь строго задаче?
То, что в устройстве канденсатора, как и любом техническом устройстве много тонкостей, деталей и влияющих факторов?
Конечно.
Вообще то, верный инженерный и научный подход, как раз, и состоит в том, что бы отсечь второстепенное, несущественное, избыточное, мелкое.
Меня в данной постановке совершенно не интересовало конкретное распределение зарядов в материале пластин и диэлектрика. Такие работы есть.
И тем более не интересовали внешние влияющие факторы, как, например, саморазряд конденсатора или другие утечки.
В чём суть вашего комментария?
Вы обнаружили ошибку?
Вы считаете, что поры в пластинах, утечка заряда или случайно заряженные молекулы воздуха, каким то образом влияют на верность моего расчёта и верность сделанные выводов?
отредактировал(а) Дорошев В.П.: 2023-06-17 01:40 GMT
#56922 Дорошев В.П. :Вывод.
На вопрос: «где хранится заряд конденсатора?», правильно отвечать так:
«заряд находится и в диэлектрике, и на пластинах, в соотношении (ε — 1) /1.»
Действительно, по-своему Вы правы. В диэлектриках электрическое поле характеризуется двумя векторными величинами: непосредственно электрическим полем E и электрической индукцией D, Пр этом D=eps E, где eps — диэлектрическая проницаемость. Смысл D состоит в том, что она одинакова для всех диэлектриков и фактически означает величину электрического поля в вакууме при одном и том же заряде на обкладках конденсатора. Диэлектрик уменьшает величину электрического поля в пропорции E=D/eps. Это означает, что электрический заряд диэлектрика перераспределяется так, чтобы уменьшить электрическое поле до величины, соответствующей формуле. В таком случае говорят, что диэлектрик поляризуется, то есть его объемный заряд перераспределяется соответствующим образом.
#56926 Дорошев В.П. :#56924 marsdmitri :Если в пластинах конденсатора есть поры, то и внутри них.
Затем какое- то количество зарядов накапливается внутри кртисталлической решетки металла из которого сдеклана пластина конденсатора.
Затем часть заряда приходит с молекулами воздуха. Ваш конденсатор не в вакуума, а в квартире.
Часть может притекать через опору, на которой лежит конденсатор.
Непонятно, что вы хотите сказать по существу поставленой мною и решённой здесь строго задаче?
То, что в устройстве канденсатора, как и любом техническом устройстве много тонкостей, деталей и влияющих факторов?
Конечно.
Вообще то, верный инженерный и научный подход, как раз, и состоит в том, что бы отсечь второстепенное, несущественное, избыточное, мелкое.
Меня в данной постановке совершенно не интересовало конкретное распределение зарядов в материале пластин и диэлектрика. Такие работы есть.
И тем более не интересовали внешние влияющие факторы, как, например, саморазряд конденсатора или другие утечки.
В чём суть вашего комментария?
Вы обнаружили ошибку?
Вы считаете, что поры в пластинах, утечка заряда или случайно заряженные молекулы воздуха, каким то образом влияют на верность моего расчёта и верность сделанные выводов?
Когда формулируется условие задачи, задается максимальная допустимая погрешность решения.
С какой погрешностью вам интересно получить решение.
С чем вы будете сравнивать полyченный результат? С опытом, с данными эксперимента. Или вам все равно?
Так как вы её не задали, я начинаю вашу задачу анализировать глубже.
#56943 Fedor :#56922 Дорошев В.П. :Вывод.
На вопрос: «где хранится заряд конденсатора?», правильно отвечать так:
«заряд находится и в диэлектрике, и на пластинах, в соотношении (ε — 1) /1.»1.Действительно, по-своему Вы правы.
2.В диэлектриках электрическое поле характеризуется двумя векторными величинами: непосредственно электрическим полем E и электрической индукцией D, Пр этом D=eps E, где eps — диэлектрическая проницаемость. Смысл D состоит в том, что она одинакова для всех диэлектриков и фактически означает величину электрического поля в вакууме при одном и том же заряде на обкладках конденсатора. Диэлектрик уменьшает величину электрического поля в пропорции E=D/eps. Это означает, что электрический заряд диэлектрика перераспределяется так, чтобы уменьшить электрическое поле до величины, соответствующей формуле. В таком случае говорят, что диэлектрик поляризуется, то есть его объемный заряд перераспределяется соответствующим образом.
1.Я прав без всяких оговорок. Приведённое исследование предоставляет исчерпывающее тому доказательства.
2.Приведённые вами в этом абзаце физические соображения, несомненно, верны. Однако, они лишь качественно отражают физику явления, поэтому и формула у вас получается с ошибкой (она без минус единицы в числителе отношения зарядов).
3. Благадарю вас за коструктивный отзыв о моей работе.
#56944 marsdmitri :#56926 Дорошев В.П. :#56924 marsdmitri :Если в пластинах конденсатора есть поры, то и внутри них.
Затем какое- то количество зарядов накапливается внутри кртисталлической решетки металла из которого сдеклана пластина конденсатора.
Затем часть заряда приходит с молекулами воздуха. Ваш конденсатор не в вакуума, а в квартире.
Часть может притекать через опору, на которой лежит конденсатор.
Непонятно, что вы хотите сказать по существу поставленой мною и решённой здесь строго задаче?
То, что в устройстве канденсатора, как и любом техническом устройстве много тонкостей, деталей и влияющих факторов?
Конечно.
Вообще то, верный инженерный и научный подход, как раз, и состоит в том, что бы отсечь второстепенное, несущественное, избыточное, мелкое.
Меня в данной постановке совершенно не интересовало конкретное распределение зарядов в материале пластин и диэлектрика. Такие работы есть.
И тем более не интересовали внешние влияющие факторы, как, например, саморазряд конденсатора или другие утечки.
В чём суть вашего комментария?
Вы обнаружили ошибку?
Вы считаете, что поры в пластинах, утечка заряда или случайно заряженные молекулы воздуха, каким то образом влияют на верность моего расчёта и верность сделанные выводов?
1.Когда формулируется условие задачи, задается максимальная допустимая погрешность решения.
2.С какой погрешностью вам интересно получить решение.
3.С чем вы будете сравнивать полyченный результат? С опытом, с данными эксперимента. Или вам все равно?
4.Так как вы её не задали, я начинаю вашу задачу анализировать глубже.
1. и 2.На эти вопросы вы и сами легко ответите.
В качестве критерия сравнения используется отношение зарядов плоского конденсатора k, которая зависит только от диэлектрической проницаемости диэлектрика . Значит погрешность будет отпределятся только погрешностью задания этого параметра.
3. А вы читали мою статью? Я же написал, что провёл опыт с измерительным конденсатором.
Здесь фото измерительной установки http://samlib.ru/img/d/doroshew/con/c.jpg
4.Внимательно читать можно и сразу...
#56945 Дорошев В.П. :1.Я прав без всяких оговорок. Приведённое исследование предоставляет исчерпывающее тому доказательства.
2.Приведённые вами в этом абзаце физические соображения, несомненно, верны. Однако, они лишь качественно отражают физику явления, поэтому и формула у вас получается с ошибкой (она без минус единицы в числителе отношения зарядов).
3. Благадарю вас за коструктивный отзыв о моей работе.
Сказав Вы правы по-своему, я имел ввиду то, что Вы обратили внимание на участие диэлектрика в формировании электрического поля между пластинами конденсатора. Теперь по сути. Диэлектрик не является проводником. Внутри себя он не может накапливать зарядов с пластинок конденсатора или другим путем. Тем не менее, он состоит из атомов, каждый из которых содержит одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Таким образом, диэлектрик в целом квазинейтрален. При появлении электрического поля заряды в атомах смещаются: электроны в сторону положительной пластины, ионы — в сторону отрицательной пластины. Однако это смещение происходит на внутриатомных расстояниях. Тем не менее, такое смещение в совокупности приводит к уменьшению электрического поля внутри диэлектрика. Разные диэлектрики имеют разные особенности в величине такой поляризации. Величина поляризации определяется коэффициентом диэлектрической проницаемости.
По п.2. Формула связи между напряженностью электрического поля и электрической индукцией — не моя. Она присутствует во всех учебниках физики. Поэтому в ее правильности можете не сомневаться. И она говорит не о числе или отношении зарядов, а о способности диэлектрика к поляризуемости.
#56947 Fedor :#56945 Дорошев В.П. :1.Я прав без всяких оговорок. Приведённое исследование предоставляет исчерпывающее тому доказательства.
2.Приведённые вами в этом абзаце физические соображения, несомненно, верны. Однако, они лишь качественно отражают физику явления, поэтому и формула у вас получается с ошибкой (она без минус единицы в числителе отношения зарядов).
3. Благадарю вас за коструктивный отзыв о моей работе.
По п.2. Формула связи между напряженностью электрического поля и электрической индукцией — не моя. Она присутствует во всех учебниках физики. Поэтому в ее правильности можете не сомневаться. И она говорит не о числе или отношении зарядов, а о способности диэлектрика к поляризуемости.
Конечно. Формула известная и, естественно, верная. Но, поскольку, мы обсуждаем мою работу, поэтому я сравненивал с формулой, полученой в ней. Поэтому я написал слово «ошибка», что, признаю, выглядит некорректно.
Отличие возникло потому, что критерием я выброл не ослабление электрического поля диэлектриком (что, естественно, в конденсаторе происходит), а отношение зарядов, которые аккумулируются в диэлектрике и обкладках.
отредактировал(а) Дорошев В.П.: 2023-06-19 00:31 GMT
#56950 Дорошев В.П. :Конечно. Формула известная и, естественно, верная. Но, поскольку, мы обсуждаем мою работу, поэтому я сравненивал с формулой, полученой в ней. Поэтому я написал слово «ошибка», что, признаю, выглядит некорректно.
Отличие возникло потому, что критерием я выброл не ослабление электрического поля диэлектриком (что, естественно, в конденсаторе происходит), а отношение зарядов, которые аккумулируются в диэлектрике и обкладках.
В п.1 моего предыдущего сообщения показано, что заряд в диэлектрике не аккумулируется. Электрическая индукция определяется зарядом только на обкладках конденсатора, напряженность электрического поля — диэлектриком с его диэлектрической проницаемостью. Вот из этого и исходите.
#56954 Fedor :#56950 Дорошев В.П. :Конечно. Формула известная и, естественно, верная. Но, поскольку, мы обсуждаем мою работу, поэтому я сравненивал с формулой, полученой в ней. Поэтому я написал слово «ошибка», что, признаю, выглядит некорректно.
Отличие возникло потому, что критерием я выброл не ослабление электрического поля диэлектриком (что, естественно, в конденсаторе происходит), а отношение зарядов, которые аккумулируются в диэлектрике и обкладках.
В п.1 моего предыдущего сообщения показано, что заряд в диэлектрике не аккумулируется. Электрическая индукция определяется зарядом только на обкладках конденсатора, напряженность электрического поля — диэлектриком с его диэлектрической проницаемостью. Вот из этого и исходите.
К сожалению, я не стану пользоваться вашим советом. По-вашему электреты придётся считать проводниками, а не диэлектриками.
Электреты — это диэлектрики, обладающие свойством сохранять электрическую поляризацию, вызванную внешним электрическим полем. Такая поляризация называется остаточной. Поэтому, говоря об электрете, можно сказать, что это постоянно наэлектризованный диэлектрик, несущий на одной стороне положительный заряд, а на другой — отрицательный и способный создавать электрическое поле в окружающем его пространстве.
Что скажете об этом?
Я о свойствах электретов знаю столько же, как и Вы почитав о них в Википедии. Сохранение остаточной поляризации диэлектрика не означает появление у него проводимости. Остается поляризованным после снятия внешнего электрического поля. В результате внутри диэлектрика остается электрическое поле с направлением противоположным первоначальному внешнему и все.
#56961 Fedor :Я о свойствах электретов знаю столько же, как и Вы почитав о них в Википедии. Сохранение остаточной поляризации диэлектрика не означает появление у него проводимости. Остается поляризованным после снятия внешнего электрического поля. В результате внутри диэлектрика остается электрическое поле с направлением противоположным первоначальному внешнему и все.
Остаточное поле сохранет, аккумулирует заряд. Что я показал, как теоретически, так и в опыте.
фото разборного конденсатора — заряд сохраняется практически полностью после опепации разборки- сборки
#56962 Дорошев В.П. :Остаточное поле сохранет, аккумулирует заряд. Что я показал, как теоретически, так и в опыте.
Еще раз: диэлектрик не может аккумулировать заряд. Электрическое поле в нем возникает и сохраняется в результате перераспределения собственного заряда. Электроны и положительные заряды в нем могут смещаться только в пределах собственных атомов, которые не смещаются.
#56966 Fedor :#56962 Дорошев В.П. :Остаточное поле сохранет, аккумулирует заряд. Что я показал, как теоретически, так и в опыте.
Еще раз: диэлектрик не может аккумулировать заряд. Электрическое поле в нем возникает и сохраняется в результате перераспределения собственного заряда. Электроны и положительные заряды в нем могут смещаться только в пределах собственных атомов, которые не смещаются.
Собственно, неважно, как именно поле в диэлектрике сохраняется: за счёт фиксации положения диполей в его объёме или за счёт свободных электронов, застрявших в диэлектрических «ловушках». Думаю, что работают оба эффекта одновременно.
Главное, что после сборки предварительно заряженного конденсатора его первоначальный заряд — сохраняется.
Притом, что у разобраного (без диэлектрика) конденсатора заряд уменьшается в эпсилон раз.
Как ни объясняй механизм аккумуляции - формула моя работает!
#56967 Дорошев В.П.
Как ни объясняй механизм аккумуляции - формула моя работает!
Но дело ведь не в формуле, в физике важно понять суть явления! А тут мистика… ПРИЧИНОЙ поляризации диэлектрика заявлено внешнее электрическое поле, создаваемое обкладками. Поляризованный диэлектрик содержит некую избыточную энергию, которая отводится во внешнюю цепь при разрядке конденсатора. По Вашй теории, энергию одают и заряды на обкладках, и поляризованный диэлекутрик ТАК? НЕ-А!!! Вместо того, чтобы разряжать, взал, да и убрад пластины. Внешнее поле пропало. Что сейчас вынуждает диэлектрик хранить состояние поляризации? И почему для исчезновения поляризации необходимо вновь поместить диэлектрик между обкладками? С энергией вроде понятно- когда пластины убирали, совершили некую механическую работу, так что теперь диэлектрик как-то хранит всю энергию. Но если мы убираем, например, растянуую пружину из механизма, она стрмится сжаться и отдать энегию! Какое чудо мешает поляризованному диэлектирку деполяризоваться, затратив энергию, нпример, в виде тепла при разборке конденсатора? В чём роль обкладок? КАК ДИЭЛЕКТРИК ХРАНИТ ИСТОРИЮ? Почему диэлектрик можно поляризовать частями, просто водя электродом по его поверхности, если с другой стороны подложена обкладка? И почему электреты не деполяризуются при разряде обкладок?
Есть аналогия с магнитами, но ведь обычный железный стержень не сохранят внутри себя магнитное поле, если его вынуть из катушки с током, не выключая ток. (я не говорю про магниотвёрдые матероиталы)