Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Задача по физике — 14183

2020-04-23
Объясните, почему диэлектрик, вводимый между пластинами плоского заряженного конденсатора, втягивается в конденсатор.

Электрическое поле между пластинами конденсатора можно считать однородным и постоянным.

Для диэлектрика с диэлектрической проницаемостью $\epsilon$ в электрическом поле напряженностью $E$ величина электрической поляризации равна

$P = ( \epsilon — \epsilon_)E$.

Свободная энергия поляризованного диэлектрика равна

где $F(T, 0)$ — свободная энергия всего диэлектрика в отсутствие электрического поля; $d$ — расстояние между пластинами плоского конденсатора; $a$ и $b$ — соответственно длина и ширина пластин; $x$ — расстояние, на которое вдвинут диэлектрик в конденсатор (рис.). Учитывая энергию взаимодействия внешнего поля и поляризованного диэлектрика

$W_ = — ( \epsilon — \epsilon_) bx dE^$,

для полной свободной энергии системы «диэлектрик + поле конденсатора» получим:

Отсюда видно, что с возрастанием $x$ свободная энергия уменьшается, т. е. диэлектрик втягивается в конденсатор с силой

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Многоуважаемая официальная наука молчит на эту тему.

При достаточно большой разнице потенциалов (1-3тыс. Вольт) можно заставить воду фонтанировать. Данный эффект с несколько видоизмененной конструкцией можно назвать именем Гастона Планте впервые его открывшим. (1).

Хотя можно электрод не только в капилляр засовывать, как это делал Планте.

Эффект наблюдается не только в диэлектриках, но и в слабых и сильных электролитах.

Электрический прилив. В стеклянный сосуд, наполненный солёной водой, опускался платиновый провод, соединённый с отрицательным полюсом реостатической машины другой провод от положительного полюса подводился к внутренней стенке сосуда. При включении напряжения от стенки сосуда по поверхности шли волны и возникала струя пара, сопровождаемая свечением на высоте около 1,5 см . Сама жидкость приходила в сильное волнение. Если сосуд был неглубоким и плоским, в верхнем слое распределение воды оказывалось сильно неравномерным и наблюдался «прилив».

Механическое действие в описанных опытах является результатом совместного действия – во-первых, солевой раствор приподнимается у плюсового электрода под действием тока. Вблизи отрицательного электрода происходит электролиз воды и соли с растворением и химической реакцией продуктов.

2 H ₂ O +2 NaCl = Cl ₂ в раствор с последующим выделением на аноде молекулярного хлора, а на катоде немедленно происходит реакция натрия либо прямо с водой, либо с продуктами ее электролиза.

(2 H ₂+2 Na + O ₂)->2 NaOH -> H ₂ с выделением на катоде водорода. Без электролиза воды реакция 2 NaCl = Cl ₂+2 Na

В результате на катоде выделяется натрий.

При водном растворе На положительном электроде бурно выделяется растворенный в воде хлор, что создает кажущийся эффект вскипания и выброса струи пара. При этом сама жидкость может не доводиться до состояния кипения. То есть часто это пытаются объяснить тепловым действием, хотя вскипания самой воды именно у электрода не происходит. Вода может вскипеть, но только в сосуде в целом, как результат протекания тока.

Собственно это не эффект, а следствие прохождения тока между пластинами конденсатора, вовлекающего в движение любое более или менее подвижные атомы вещества от минусовой пластины к плюсовой.

Подобное явление возникает при обычном электролизе, это перенос вещества от отрицательного к положительному электроду.

Это касается не только жидкости, но и газов. В твердых веществах и аморфных ортодоксальная физика напридумывала еще море эффектов, известных под общим названием поляризация.

Так же вовлекается в движение и излучение, что заметно в катодных и электронно-лучевых трубках. Сам ток является не потоком гипотетических частиц – электронов, а является потоком электромагнитного излучения, более точно — света. То есть отклонение потока излучения от катода между пластинами конденсатора происходит не полное, в сторону положительной пластины.

Движение вещества и свечение под действием тока (люминесценция) возникает также и в обычных газоразрядных трубках в виде положительного светящегося прерывистого столба у анода как уплотнение и сепарация газов под давлением излучения).

Как более общее решение — Магнитногидродинамический насос на базе обратного МГД-эффекта.

Там дополнительно используется поперечное току магнитное воздействие. Непонятно почему оно только строго перпендикулярное, С этим Максвелл перестарался.

И вообще, кто это установил, что между пластинами конденсатора через диэлектрик вообще нет тока. А померять то слабо? А чем диэлектрик от проводника отличается, правильно, Сопротивлением (проводимостью). Значит при большой площади пластин и большом напряжении ток то идет, а это почему-то называют пробоем диэлектрика, но разрушения механического нет.

Причем тут диэлектрическая проницаемость и электрическая постоянная вопрос праздный – на ююю не нужны! Значит, повышая площадь пластин и увеличивая разность потенциалов, что? Мы получим увеличение тока. Закон Ома и удельное сопротивление! Плюс ко всему, если между пластинами более или менее подвижная субстанция получим равномерное либо ускоренное (от динамики роста напряжения) движение частиц вещества под действием тока от минуса к плюсу.

А если ток переменный, то все что находится между пластинами колебаться начнет. И массу новых эффектов привязать можно. Например трясучкой нагревать быстро. На чем двухбритвенные самопальные кипятильники (старики командировочные знают) держатся.

А академики вам мозги пудрить будут диссоциацией да ионами с электронами, поляризацией всякой, да галиматьей от квантовой сказочки.

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Задача по физике — 1548

2016-12-11
С какой силой втягивается диэлектрическая пластина в плоский конденсатор с зарядом $Q$, когда она входит в пространство между обкладками на длину $x$? Диэлектрическая проницаемость пластины $\epsilon$, ее толщина немного меньше расстояния между обкладками $d$. Размеры обкладок, как и пластин, $a \times b$.

Обозначим через $F$ силу, с которой пластина втягивается в конденсатор, через $F_$ — внешнюю силу, удерживающую пластину в равновесии ($F_ = F$).

Воспользуемся энергетическим подходом и медленно переместим пластину вправо на малую величину $\Delta x$, добавив к силе $F_$ очень малую величину. При этом внешняя сила совершает работу:

$A = F_ \Delta x = F \Delta x$, (1)

(работа электростатических сил при этом равна — $A$), а энергия электрического поля конденсатора увеличивается на величину:

$\Delta W = W_ — W_$. (1)

Согласно закону сохранения энергии:

При подсчете энергии электрического поля конденсатора удобно представить его как два параллельно соединенных конденсатора, один из которых ($C_$) заполнен диэлектриком:

а в другом ($C_$) диэлектрик отсутствует:

причем их электроемкость:

а заряд, в соответствии с условием задачи, равен $Q$.

Энергия конденсатора с учетом (4-6)

Применяя (7) для расстояния $x$ и $x — \Delta x$, с учетом (1—6) и малости $\Delta x ( \Delta x \ll x)$, получаем:

Этот же результат можно получить из вытекающего из (1,2) соотношения:

путем дифференцирования $W$ по $x$.

Почему диэлектрик втягивается в конденсатор

Задача по физике — 2127

2017-01-16
Одна из пластин плоского конденсатора сделана из проводящей сетки и лежит на поверхности жидкого диэлектрика с диэлектрической проницаемостью $\epsilon$ и плотностью $\rho$ (см. рис.). На какую высоту $h$ поднимется диэлектрик в конденсаторе, если сообщить конденсатору заряд $q$? Площадь пластин конденсатора равна $S$.

Напряженность электрического поля в конденсаторе в области, где нет диэлектрика, определяется соотношением $E_ = q/( \epsilon_S)$; в области с диэлектриком — $E = q/( \epsilon_ \epsilon S)$. Найдем изменение энергии конденсатора при подъеме диэлектрика на высоту $h$, воспользовавшись формулой для плотности энергии электрического поля $w = (1/2) \epsilon \epsilon_ E^$. Получаем:

Изменение энергии отрицательно, т. е. при подъеме диэлектрика потенциальная энергия электрического поля конденсатора, а значит и энергия самого конденсатора уменьшается. Изменение энергии $\Delta W$ равно работе электрической силы, взятой с обратным знаком. Поскольку $\Delta W$ пропорционально высоте подъема диэлектрика $h$, то электрическая сила $F_$ постоянна:

Для определения высоты подъема жидкости $h$ приравняем силу тяжести и электрическую силу, действующие на втянутый внутрь конденсатора диэлектрик:

откуда искомая высота подъема равна

Если заряженный конденсатор положить на поверхность жидкого диэлектрика, то жидкость, втягиваясь в конденсатор, приобретет не только потенциальную энергию, но и кинетическую и возникнут колебания около положения равновесия. Эти колебания постепенно затухнут из-за вязкости жидкости. Чтобы избежать колебаний жидкости, нужно лежащий на поверхности конденсатор заряжать медленно, например, плавно увеличивая подаваемое на него напряжение.
Ответ: $h = \frac( \epsilon — 1)> S^ \rho g>$.