Зачем нужен диэлектрик в конденсаторе
Перейти к содержимому

Зачем нужен диэлектрик в конденсаторе

  • автор:

Устройство конденсатора.

fon1

Конденсатор — это конструкция, состоящая из двух электродов в форме пластин, разделенных диэлектриком (изолятором). Основным свойством конденсатора является накопление электрических зарядов (энергии) на его металлических обкладках. Когда к электродам конденсатора не приложено напряжение они электрически нейтральны и количество положительных и отрицательных частиц на них одинаково.

kondencator2 kondencator1

Если на конденсатор подать напряжение, то на положительной обкладке станет недостаток свободных электронов, а в отрицательной будет их избыток и он зарядится определенным напряжением и в нем через диэлектрик появится ток. Это напряжение зависит не только от количества электричества, но так же и от его емкости

emkocti

Если, к примеру, взять два конденсатора разной емкости и зарядить их одинаковым количеством электричества, то на меньшем конденсаторе напряжение будет больше чем на большем конденсаторе. Чтобы понять этот факт, представим себе, что конденсаторы — это два разных по емкостному размеру сосуды в которые налито одинаковое количество воды (количество энергии), а уровень воды — напряжением. Будет очевидно, что в меньшем сосуде уровень воды будет выше, чем в большем.

Английский физик Майкл Фарада ввел единицу измерения электрической емкости в честь которого и назвали ее фарада. Конденсатор имеет емкость 1 фараду, если при зарядке его одним кулоном электричества получаем между обкладками напряжение один вольт. Следовательно, можно записать:

Поскольку емкость обозначается буквой С , количество электричества — Q , а напряжение U , получим такую формулу:

C=Q/U

Отсюда следует, что емкость конденсатора (С) прямо пропорциональна количеству электричества (Q), которым заряжен конденсатор, и обратно пропорциональна напряжению (U), возникающим между его электродами.

На практике применяют более меньшие единицы, чем фарада, т.к. такой емкости конденсатор будет очень большого размера. Это микрофарада (мкФ), нанофарада (нФ) и пикофарада (пФ):

1мкФ=10 -6 Ф
1нФ=10 -9 Ф
1пФ=10 -12 Ф

Отсюда следует, что 1мкФ=1000нФ ,а 1нФ=1000пФ.

Увеличение площади обкладок и уменьшение расстояния между ними увеличивает емкость конденсатора. На большей площади накапливается большее количество зарядов, а чем ближе обкладки, тем интенсивнее становится электрическое поле и значить притяжение между зарядами увеличивается. Поэтому на обкладках заряды скапливаются более густо и освобождают место для других зарядов, т.е. емкость увеличивается. Но уменьшать расстояние между обкладками можно до разумных пределов, т.к. при уменьшении есть вероятность пробоя конденсатора.

Роль диэлектрика в конденсаторе

Для увеличения емкости конденсатора между обкладками помещают диэлектрик (изолятор). В нормальном состоянии в диэлектрике электроны вращаются по круговым орбитам. Если диэлектрик поместить в электрическое поле,то орбиты электронов вытягиваются в направлении полюсов поля и молекулы становятся диполями, т.е. частицами, которые на концах заряжаются противоположными зарядами.

kondencator4 kondencator3

Диполи, которые находятся внутри диэлектрика, нейтрализуются между собой, а заряды возле края остаются нескомпенсированными, т.е. не нейтрализованные, но не свободные, как в металле, и связанные с веществом. Их называют фиктивными зарядами. Это явление называется поляризацией диэлектрика.

Посмотрим, что происходит в заряженном конденсаторе без диэлектрика и с ним.

kondencator7 kondencator6

Без изолятора на обкладках заряды расположены не особенно плотно относительно друг к другу, т.к. расстояние между обкладками большое и силы притяжения зарядов мало.

Когда поместим в конденсатор изолятор в нем произойдет поляризация и фиктивные заряды окажутся на очень близком расстоянии от зарядов на обкладках, а значит и силы притяжения увеличится. Диполи диэлектрика как бы «подтягивают» заряды на край обкладок и уплотняют их, освобождая место для других зарядов, т.е. увеличивая емкость конденсатора.
Можно сделать вывод: чем больше поляризация диэлектрика,тем больше увеличивается емкость конденсатора.

Степень поляризации характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью (ε) , показывающая во сколько раз увеличивается емкость плоского конденсатора, если применить данный изолятор вместо вакуума. Эта величина у разных диэлектриков различна. Для стекла она равна 3-12, слюды — 6-8, воздуха — 1, и т.д. Но есть вещества сегнетоэлектрики, у которых диэлектрическая проницаемость составляет величину от 50 до 100000. Они применяются в конденсаторах малых габаритов, но большой емкостной величины.

Изоляторы для изготовления конденсаторов должны иметь не только большую проницаемость, но и иметь большую электрическую прочность, т.е. не допустить пробоя при значительных напряжениях. Так же при использовании конденсаторов в высокочастотных цепях они должны иметь небольшие потери от переориентации молекул диэлектрика, что приводит к его нагреву и потери энергии.

Емкость плоского конденсатора равна:

C=8,85·10¹²·ε·S/d,

где:
ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
S – площадь одной из обкладок в квадратных метрах;
d – расстояние между обкладками в метрах.

COndensator. Почему диэлектрик увеличивает емность конденсатора?

Диэлектрик увеличивает емкость. Электронные оболочки атомов в электрическом поле конденсатора деформируются — электроны смещаются к положительному полюсу — уменьшая это поле. Таким образом, для того же напряжения в конденсаторе нужно накопить больше зарядов. А количество накопленных зарядов при одном вольте напряжения — это емкость конденсатора.

Остальные ответы

больше заряда скапливается.

диэлектрик не увеличивает, а уменьшает. ёмкость.
Ёмкость зависит от толщины и площади обкладок.

Ёмкость звисит от площади обкладок и расстояния между ними. А от диэлектрика-рабочее напряжение и тока утечки т. е. разряда .

, где ε нулевое электрическая постоянная а ε диэлектрическая проницаемость среды.
А она-это материал диэлектрика конденсатора и над чертой дроби. Значит, чем выше ε тем выше и мкость конденсатора.

Похожие вопросы

Как объяснить, что при помещении конденсатора в диэлектрик, его емкость увеличивается?

Емкость конденсатора равна:
С = еS / 4πl
где С — емкость; е — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S — площадь одной пластины в см2, π — постоянное число, равное 3,14; l — расстояние между пластинами в см.
Формула показывает также, что с увеличением диэлектрической проницаемости диэлектрика емкость конденсатора увеличивается.
Следовательно, конденсаторы, равные по своим геометрическим размерам, но содержащие в себе различные диэлектрики, имеют различную емкость.
Если, например, взять конденсатор с воздушным диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого равна единице, и поместить между его пластинами слюду с диэлектрической проницаемостью 5, то емкость конденсатора возрастет в 5 раз.
Вот почему для получения больших емкостей в качестве диэлектриков используют такие материалы, как слюда, бумага, пропитанная парафином, и др. , диэлектрическая проницаемость которых значительно больше, чем у воздуха.
Ну а про диэлектрическую проницаемость Вам уже рассказали.
Если надо больше, то Вот здесь есть хорошая энциклопедическая статья на эту тему: Электрическое поле, электростатическая индукция, емкость и конденсаторы

Остальные ответы

Не конденсатор помещаете в диэлектрик, а диэлектрик делаете заполнителем конденсатора! Здесь действительно емкость возрастает по сравнению, с воздушным заполнителем! Для плоского конденсатора можно записать формулу для рассчета емкости: C=(e*e0*S)/d; е- относительная диэлектрическая проницаемость заполнителя; е0=8,85*10^-12.

Источник: физика.

Есть формула плоского конденсатора
С=ee0S/d

если вас интересует сам процесс, то:

По физическому смыслу диэлектрическая проницаемость — количественная мера интенсивности процесса поляризации

В диэлектрике, как во всяком изоляторе, нет свободных электронов. В атомах диэлектрика электроны прочно связаны с ядром, поэтому напряжение, приложенное к пластинам конденсатора, не вызывает в его диэлектрике направленного движения электронов, т. е. электрического тока, как это бывает в проводниках.

Однако под действием сил электрического поля, созданного заряженными пластинами, электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, смещаются в сторону положительно заряженной пластины конденсатора. Атом при этом как бы вытягивается по направлению силовых линий поля. Такое состояние атомов диэлектрика называют поляризованным, а само явление — поляризацией диэлектрика.

При разряде конденсатора поляризованное состояние диэлектрика нарушается, т. е. пропадает вызванное поляризацией смещение электронов относительно ядра, и атомы приходят в свое обычное неполяризованное состояние. Установлено, что присутствие диэлектрика ослабляет поле между пластинами конденсатора.

Различные диэлектрики под действием одного и того же электрического поля поляризуются в различной степени. Чем легче поляризуется диэлектрик, тем он больше ослабляет поле. Поляризация воздуха, например, приводит к меньшему ослаблению поля, чем поляризация любого другого диэлектрика.

Но ослабление поля между пластинами конденсатора позволяет сосредоточить на них большее количество электричества Q при одном и том же напряжении U, что в свою очередь, приводит к увеличению емкости конденсатора,

Зачем диэлектрик в конденсаторе? Есть у нас две пластины, анод и катод. Распределили между ними разноименные заряды в оп

Распределили между ними разноименные заряды в определенном объеме, и затем эту разность потенциалов можно использовать, замкнуть анод и катод между собой, получить разряд. Зачем диэлектрик, объясните пожалуйста.

Лучший ответ

Между двумя пластинами диэлектриком является воздух. При попытке уменьшить размеры конденсатора, но сохранить его ёмкость, пластины распологают на меньшем расстоянии. Диэлектрических способностей воздуха становится мало. И его заменяют другими более стойкими материалами.

Остальные ответы
чтобы небыло случайного разряда

технологически пластины сделаны в виде фольги свернутой в рулон, зазор между ними и обеспечивает диэлектрик, не так все просто как в книжке.

при увеличении диэлектрической проницаемости увеличивается заряд на пластинах, т. е. увеличивается емкость

Интересно, а как ты распределишь между ними разноимённые заряды, если они соприкасаются между собой. А без диэлектрика их соприкосновение обеспечено по определению, так как воздух, это тоже диэлектрик. )))

чем выше качество диэлектрика, тем лучше кондесатор и меньше в нём потерь на утечки тем более если он в цепях высокой частоты и напряжения, тангенс угла потерь напрямую зависит от качества диэлектрика

Диэлектрик нужен, чтобы между пластинами не было прямого контакта (анод-катод — это из другой оперы) , а иначе электроны ринутся брататься с положительными зарядами и у них будет дружба и согласие и никакого напряжения. в отношениях))).

У воздушных конденсаторов емкость ограничена площадью пластин и диэлектрической проницаемостью воздуха.
Конструктивно очень сложно изготовить воздушный конденсатор такой же емкости и величины как современный электролит.
Вот и придумали как избавиться от воздуха с помощью диэлектрика и фольги плотно сворачивая их в рулон.
Но воздушные конденсаторы продолжают использовать как подстроечные переменные конденсаторы для оперативной регулировки и настройки в электросхемах. напр. . их широко используют для подстройки частоты в радиосвязи и. т. д..

Чтобы увеличить энергию электрического поля. Скажем, чем больше бак, тем бензина залить можно больше.

Емкость конденсатора, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды между обкладками. У титаната бария, например, этот параметр в тысячи раз выше чем у воздуха. Соответственно, такой же будет разница в габаритах конденсаторов одной емкости.
В общем, диэлектрик в конденсаторе выполняет роль, аналогичную ферромагнитному сердечнику в катушке индуктивности — запасает энергию

емкость конденсатора

Есть формула : e*eo*s/d = c, где е — проницаемость диэлектрика, с — емкость. А зная емкость, знаем энергию

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *