Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов

Напряжение между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках. Если заряды удвоить, то напряженность электрического поля станет в 2 раза больше, следовательно, в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда, т. е. в 2 раза увеличится напряжение. Поэтому отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрически­ми свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью ε). Это позволяет ввести понятие электроемкости двух проводников.

Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:

Иногда говорят об электроемкости одного проводника. Это имеет смысл, если проводник является уединенным, т. е. расположен на большом по сравнению с его размерами расстоянии от других проводников. Так говорят, например, о емкости проводящего шара. При этом подразумевается, что роль другого проводника играют удаленные предметы, расположенные вокруг шара.

Электроемкость двух проводников равна единице, если при сообщении им зарядов ±1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В. Эту единицу называют фарад (Ф);

1 Ф=1 Кл/В.

Конденсатор. Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами. Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случае называются обкладками конденсатора.

2.Емкость плоского конденсатора. Рассмотрим пло­ский конденсатор, заполненный однородным изотропным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e, у ко­торого площадь каждой обкладки S и расстояние между ними d. Емкость такого конденсатора находится по формуле:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды, S – площадь обкладок, d – расстояние между обкладками.Из этого следует, что для изготовления конденсаторов большой ёмкости надо увеличить площадь обкладок и уменьшать расстояние между ними.

Энергия W заряженного конденсатор: или

Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования её при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного токов, в выпрямителях, колебательных контурах и других радио-электронных устройствах. В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные.Применение конденсаторов. Энер­гия конденсатора обычно не очень велика — не более сотен джоулей. К тому же она не сохраняется долго из-за неизбежной утечки заряда. Поэтому заряженные конденсаторы не могут заменить, например, акку­муляторы в качестве источников электрической энергии.

Они имеют одно и свойство: конденсаторы могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при pазрядке через цепь малого coпpoтивления они отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство используются широко на практике. Лампа-вспышка, применяемая в фотографии, питается электрическим током разряда конденсатор. Возбуждение атома –в результате взаимодействия с быстрой заряженной частицей электрон получает дополнительную энергию и переходит на один из удаленных от ядра энергетических уровней, или совсем покидает атом – ионизация атома Длинна пробега частицы зависит от её заряда, массы, начальной энергии, а также от свойств средыПроникающую способность бета- частиц обычно характеризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью поглощающего все бета- частицыАльфа- частицы, обладающие значительно большей массой, чем бета- частицы, при столкновениях с электронами атомных оболочек испытывают очень небольшие отклонения от своего первоныч направления. Пробеги альфа- частиц в еществе очень малы.Нейтроны, не имеющие эл заряда, при движении в вещстве не взаимодействуют с электронными оболочками атомов.Гамма- кванты взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам –это явления фотоэффекта, эффекта Комптона, ил рождение элетронно- позитронных пар. Потоки гамма- квантов и нейтронов –наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при веншнем облучении они представляют для человека наиб опасность. Поглощенная доза излучения, равная отношению энергии, переданной ионизир излучением веществу, к массе вещ-ва: D=E/m. СИ –1грей=1дж/кг. Отношение поглощенной дозы излучения ко времени облучения наз-ся мощностью дозы излучения:D=d=D/t. СИ – Грей в секунду Поглощенная доза D, умноженная на коэффициент качества k, характеризует биологическое действие поглощ дозы и наз-ся эквивалентной дозой H: H=Dk СИ –зиверт Метод фотоэмульсий. Быстрая заряженная частица при движении в слое фотоэмульсии в результате ионизации создает вдоль траектории своего движения центры скрытого изображения. По толщине следа в фотоэмульсии и его длине можно определить заряд частицы и её энергию Сцинтилляционные счетчики. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки наз-ся сцинилляцией В совремменых сцинт счетчиках регистрация световых вспышек производится с помощью приборов, в которых за счет использования явления фотоэффекта энергиясветовой вспышки в кристалле преобоазуется в импульс эл тока. Камера Вильсона. Для выполнения точечных измерений физических характеристик регистрируемых частиц камеру Вильсона помещают в постоянное магнитное поле, Треки частиц,движ в маг поле, оказываются искривленными. Радиус кривизны трека зависит от скорости движения частиы, ее массы и заряда. При известной индукции маг поля эти хар-ки чсиц могут быть определены по радийсам кривизны треков.

Пузырьковая камера. В камере находится жидкость(жидкий водород, пропан, ксеон) при температуре близкой к кипению. Быстрые заряж частицы через маленькое в стенке камеры проникают в ее рабочий оюъем и образуют на своем пути цепочку иоеов. И в этот момент давление резко понижают и жидкость переходит в перегретое состояние. Ионы, вдоль пути частицы, обладают избыточ кинетич энергией, за счет которой температура в микроскопич объеме вблизи каждого иона повышается, вскипает, и образуются пузырьки пара вдоль траектории. Пуз камеру обычно помещают в постоян маг поле. Газоразрядные счетчики. Для регистрации быстрых заряж. частиц и гамма- квантов применяют счетчики Гейгера –Мюллера. Ионизационная камера представляет собой цилиндрический конденсатор, между электродами которого находится воздух или другой газ. С помощью ион камер можно регистрировать любые виды ядерных излучений. Для измерения доз гамма- квантов получ человеком используют дозиметры, по форме и размерам –авторучка.