האנרגיה של הקבל הטעון

האנרגיה של קבל טיעון - היא העבודה שהוצאה על התשלום שלו.

מההיסטוריה

הקבלים הראשונים נחשב צנצנת ליידן. זה פותח באופן עצמאי פעם שני מדענים:

1. אוולד גיאורג פון קלייסט (11 באוקטובר 1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 שנים).

שני עשורים מאוחר יותר את האור הופיע elektroforus (1762), נחשב קבל מישוריים הראשון. אז לא היו מונחים, לחייב בעיות אחסון של עניין מועט. מדענים עדיין כיף לתת מטען סטטי. לדוגמא, ואן Pieter van Musschenbroek חווה ליידן צנצנת סטודנט שאפתן מדי, כשהוא התברר מטען חשמלי חצי-משותק אחד.

המדע לא ללכת קדימה, למרות שהעולם, כולל בנג'מין פרנקלין, אין לדחוף קטר. השלב הנוכחי של התפתחות הפיזיקה החל עם אלסנדרו וולטה. המדען הוכיח נמשך ו סיקרן עיצוב elektroforusa. גומי מגוררת ללא הגבלת זמן יכול טעונה צלחת מתכת. באותו זמן, הונח כי החשמל מועבר הנוזלים של האווירה, ואת וולטה חשבה באופן דומה. כשראה elektroforus מסוגל לאחסן מדען אחראי החליט לספור את המספר.

הקונספט של וולטה

כפי שמציין המדען, כבר בשנת 1778 הוא קיבל הצצה הפרש פוטנציאלים, שאותו כינה מתח - המתח. מאז 1775 וולטה שומרת מושג קיבול - capacita, הוארך המורה שלו בוקריה. וולטה כבר יודע כי elektroforus מסוגל לצבור מטען, מכנה את המכשיר בקבל, מחליטה לאשר את התיאוריה של הפרקטיקה. אחרת - למצוא את הקשר של מתח, קיבולת ונפח (quantita) תשלום.

וולטה התחילה עם צנצנת ליידן. הוא הסתער עליה מן הגנרטור סטטי וניסה לקבוע את האנרגיה של הקבל בשלוש דרכים:

1. ניצוץ שהושג נצפה של הקשת החשמלית על ידי צנצנות ליידן עיצוב שונות הואשמו באותו המתח.
2. מדוד את כמות עבודת חיכוך גנרטורים אלקטרוסטטית עד הקריאות אלקטרומטר לא לגדול לרמה מסוימת.
3. פרוק ליידן צנצנת בחוץ וניסיתי להשוות אותם פיק התחשמלות אחר פעם.

כל האמור לעיל הוביל את חוקרי ממצאים מוזרים כי מרווח צנצנת ליידן גבוה (תחת אלקטרודות ריבועים זהות לתנאים אחרים שווה). זה כנראה קשור למהירות של פרשות הקשת באוויר עקב הבדלי העקמומיות של משטחים. כוח פריק וולטה צמוד הזרם החשמלי הנוזל זורם מהר יותר, חם יותר (על ידי תחושות) השפעה. כתוצאה מכך, וולטה מצאו אותו, כי הפרש הפוטנציאלים רק מגדיר את התהליך של הופעת הלם. הוא החליט כי המתח המותר נמדד בשתי דרכים:

1. אחרי הכמות מהירה גנרטור מטען סטטי.
2. השוואת ההשפעה של התחשמלות במהלך הפריקה של צנצנת ליידן.

וולטה מצאה כי גביית צנצנת ליידן הריקה מלא, הלם היא פי שניים פחות. לאט לאט (1782) וולטה הגיע למסקנה כי הערכים הנ"ל מתייחסים זה לזה: קיבולת x מתח ~ עומס, בעולם המודרני נראה כמו U C = Q או C = Q / U.

וולטה למסקנה כי הקיבולת הגדולה שבה במתח נמוך להחזיק יותר אחראית. ואחריו למסקנה שכמות הנוזלים שהצטברו עומד ביחס ישר לשטח של צלחות של קבל המטוס. אשר עולה בקנה אחד עם נוסחות נוכחיות. וולטה סיכם ידע מנצח שרירותי (ניסויים עם צנצנות מוטות ליידן). על ידי שינוי המרחק בין הלוחות, מצא את הדברים הבאים:

C ~ S / D.

מה הוא למעשה ביטוי של הקיבולת של קבל מטוס. וולטה מוסברת על ידי הנוכחות של תלות של התנגדות (התנגדות) בין האלקטרודות, כלומר באוויר. על ידי שינוי המרחק, הגדרה זו מצליחה להיות מגוונת בשני הכיוונים. זה קצת לא עקבי עם המושגים המודרניים, אבל וולטה סייעה ג'ורג Omu לאחר 40 שנים כדי להביא את מערכת היחסים בין מתח וזרם.

למעשה, מדידה נעשית בהתבסס על שדה העבודה, תערוכה עקב רק כדי לטעון את הקבל. ברור כי אמר הערך האנרגטי הוא - אחד המאפיינים הפיזיים הראשונים המשמשים לחישוב ביטויים אנליטיים.

יחידות מידה

אנרגיה ועבודה נמדדת בדרך כלל ג'ול, מתח חשמלי ופוטנציאל - ב וולט.

זה נקרא פרש פוטנציאלי וולט, בעת העברת מטען חיובי ליחידה שביניהן העבודה מבוצעת 1 ג'אול.

קיבול של קבלים

המוצג לעיל, הביע קבל קיבולת וולטה. הנוסחה יהיה צורך בעת חישוב האנרגיה. הכיוון של קווי כוח נקבע על ידי קולון, על פי הסימנים של מאזני פיתול, המאפשר פיזיקאים בסופו של דבר להביא נוסחה משלו. וולטה הייתה קרובה כניסתה של מושג הפוטנציאל חשמלי, לא יכול לשלול את האזכור של רבותיו: בוקריה ו קוונדיש. תודה לכל האנשים המוזכרים פיסיקה הפכה הדוקה מסתכלת מקרוב מגנטיות וחשמל.

תעסוקה של שדה חשמלי

השדה החשמלי נקרא פוטנציאל. משמעות הדבר היא כי העבודה של הכוח שלו אינו תלוי במסלול של תשלום, אך ורק על האנרגיה של המצב ההתחלתי והמצב הסופי. כזכור, על פי ההגדרה:

שדה חשמלי - בעניין זה, בו מטענים חשמליים אינטראקציה.

שדה חשמלי מוחל רק על מטענים חשמליים. נוצר בשתי דרכים:

1. מטענים חשמליים. קווי חשמל להתחיל על חיובי ולסיים עם מטענים שליליים.
2. שינוי שדה מגנטי. זה מייצר גל אלקטרומגנטי המשמש גנרטור.

כאשר הם אומרים כי מכשירי הקרינה משפיעים אדם, ומתייחסים רכיבים המגנטיים וחשמליים. מסוכן במיוחד הוא הראשון כי מוקרן עם קושי גדול. השדה החשמלי נחשב בקורס הספר לפיסיקה, זה נחשב נייחים ואת הכוח של קווים מקבילים שלה. שתי דוגמאות:

1. תניח את מהלכי תשלום לאורך קווי שדה על ידי L מרחק. אז העבודה היא תחת נוסחה פשוטה = פלורידה, שם F - הכוח הפועל על מטען.
2. כעת נניח כי שהחיוב עברה מהשלב הקודם על הטיה. אז כי lb נתיב השלכה על קו החשמל הוא שוב l. חלק מרובע, זווית ההטיה - V. העבודה מחושבת לפי הנוסחא תוך יחסים גיאומטריים הוא בחשבון A = FlbcosB = פלורידה.

מקרה פשוט זה קל חל על כל צורה של קווי מתח. דברים אלו אומר כי עבודת השדה החשמלי אינו תלוי במסלול, ולכן, שווה הפוטנציאל בתחום ההבדל: A = P1 - P2. הנוסחה ישימה לכל תחום. כדי להתאים ביטוי, הציג את הרעיון של פוטנציאל חשמלי כיחידת הכוח של מטען חיובי - f = f / Q1. ואז הנוסחא לעבודה לוקחת השקפה שונה.

מתח חשמלי בין שתי נקודות נקרא פרש הפוטנציאל ביניהם. הכפלת ערך אמר על פי כמות המטען כערך ספציפי, נקבל: A = (F1 - F2) q = U q. הפוטנציאל ברחבי גודל השדה הוא:

p = q / 4 pi ε r,

שבו Q - כמות שדה מניבות תשלום; ε - דיאלקטרי קבוע של המדיום (אוויר או ואקום הוא אחדות); Pi = 3.14; r - המרחק של הנקודה אמר תשלום. הנוסחה היא לא מתאימה לכל המקרים, הם דוגמא ומופת. מקובל להחיל את התשלום מופץ על פני הכדור, ונקודות העומדים מחוץ אמרו משטח.

עוצמת השדה של הקבלים השטוחים

בפיסיקה, התמורה מתבצעת תמיד על הדוגמא של קבל מטוס, זה פשוט קורה. קבל שטוח באופן תואם בדיוק לזה שתואר לעיל.

תן על הצלחות יש חיוב מסוים. ברור, סכום זה אותו דבר, אבל סימנים שונים. עבודה על העברת מטען בין האלקטרודות שווה A = F ד, שבו פער ממוצע רוחב ד. פורמולה מובילה ישירות בעצמה עקב: A = E q ד = U q (סנטימטר. לעיל). כתוצאה מכך, אנחנו יכולים לכתוב E כי = U / D.

עוצמת השדה מראה את הכוח שבו היחידה פועלת בתשלום נקודה.

האנרגיה של הקבל הטעון

עכשיו רואים איך לחשב אנרגיה במהלך הטעינה של הקבל. אנחנו צריכים לזכור את פוטנציאל נוסחא נוצר על ידי שעבוד נקודה. ניתן לראות כי הוא מפחית להרחיק באופן ליניארי. אבל במקרה הזה, החיוב הראשון ו חיובית ממוקם על צלחת שנייה ההפך שלילי הממוקם השני. לכן, כמו התנועה לכיוון הקו בכוח הצביע על התמונה הבאה:

1. טיפות פוטנציאל מטען חיובי.
2. עליות תשלום שליליות אפשריות.

ושיעור השינוי הוא זהה. כתוצאה מכך, הקבלים השטוחים בין הצלחות של השדה הפוטנציאלי אינו משתנים. עכשיו זוכר, שממנו הוא תלוי. במקרה הכמויות הנחקרות הם קבועים למעט תשלום שנצבר על הצלחות אחרי energization. אז את הפוטנציאל גדל בהדרגה תלויה ליניארית על תשלום, וללא הליך ראוי לוח הזמנים כבר לא חשוב. מסתבר בקו ישר.

משמעות הדבר היא כי בתחילה את הפוטנציאל הוא אפס, ואז מגביר לגבול מסוים. גרף של מספר המטענים הפוטנציאל יהיה קו ישר (שעובר זמן למציגים). עכשיו להסביר מדוע המסקנות נעשו:

1. זה ידוע כי האנרגיה באה לידי ביטוי על ידי העבודה שהושקעה.
2. אז, מותר לכתוב את הנוסחה W = U q. זה נראה קל, כי התשלום קשור קיבולת, אבל מה הוא המתח? הוא נזכר כי הקבל גדל באופן אקספוננציאלי במהלך הטעינה. קח את הזמן נפרד? פיזיקאים כבר פתרו את הבעיה.
3. הפוטנציאל (המתח) תלוי באופן ליניארי על התשלום, אנו מסיקים כי הפעילות הכוללת של מיצוע היא שכאשר קו ישר מצטמצם החלוקה על ידי 2.

התוצאה: W = U q / 2. עכשיו להחליף כאן את הביטוי המתקבל אלסנדרו וולטה, והחוצה: W = C U2 / 2. הביטוי שהתקבל להשתמש בהם בחישובים.

מדד האנרגיה של קבל טעון

בעת חישוב המעגלים מסנן כוח ומסנני חשמל אחרים עומד הבעיה של קביעת העדות. נראה מספיק כדי לקחת את הנוסחה של מעגל תדר התהודה, אבל פשטות היא מטעה. קל לוודא כי אותה התשובה תואמת סט של ערכים. במה לבחור?

ככל מקור הכוח, מכשיר חשמל, אנרגיה רבה יותר כאן מתרחש בזמן ליחידה. עבור קבלים תלוי במתח הקיבול של ריבוע, עבור מצערת - על ידי הזרם וההשראות החשמליים. שמיעת תנודות תקופה אחת בנתון זה קל לקשור לשלטון בתור העבודה שבוצעה ליחידה זמן.

כתוצאה מכך, המהנדס תוכל לומר בערך כמה גדול קיבולת נדרשת במקרה מסוים. החישוב מתבצע בתחילה על ידי אנרגיה של קבל טעון.

דומה מתרחש בכל מעגל. קבלים משמשים לסנן ובידוד גלוונים נדרשים לעבור לתדר הרצוי בקלות להיות מרווח, לא להיות צוואר בקבוק במערכת.