« Fisika - Kelas 10 " Show
"Kapasitas listrik" adalah topik terakhir dari bagian "Elektrostatika". Ketika memecahkan masalah tentang topik ini, semua informasi yang diperoleh dalam studi elektrostatika mungkin diperlukan: hukum kekekalan muatan listrik, konsep kekuatan dan potensial medan, informasi tentang perilaku konduktor dalam medan elektrostatik, tentang medan kekuatan dalam dielektrik, tentang hukum kekekalan energi dalam kaitannya dengan fenomena elektrostatik. Rumus utama untuk menyelesaikan masalah kapasitas listrik adalah rumus (14.22). Tugas 1. Kapasitansi kapasitor yang terhubung ke sumber tegangan konstan U \u003d 1000 V sama dengan C 1 \u003d 5 pF. Jarak antara pelatnya berkurang n = 3 kali. Tentukan perubahan muatan pada pelat kapasitor dan energi medan listrik. Larutan. Menurut rumus (14.22), muatan kapasitor adalah q = CU. Karenanya perubahan muatan q - (C 2 - C)U \u003d (nC 1 - C 1)U \u003d (n - 1) C 1 U \u003d 10 -8 C. Perubahan energi medan listrik Tugas 2. Muatan kapasitor q = 3 10 -8 C. Kapasitor kapasitansi C \u003d 10 pF. Tentukan kecepatan yang diperoleh elektron ketika terbang dalam kapasitor dari satu pelat ke pelat lainnya. Kecepatan awal elektron adalah nol. Muatan spesifik elektron Larutan. Energi kinetik awal elektron sama dengan nol, dan energi kinetik akhir sama dengan Menerapkan hukum kekekalan energi  Akibatnya, Akhirnya Tugas 3. Empat kapasitor dengan kapasitas C 1 \u003d C 2 \u003d\u003d 1 F, C 3 \u003d 3 F, C 4 \u003d 2 F terhubung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.46. Tegangan U = 140 V diberikan pada titik A dan B. Tentukan muatan q1 dan tegangan U1 pada masing-masing kapasitor. Untuk menentukan muatan dan tegangan, pertama-tama, kita cari kapasitas bank kapasitor. Kapasitansi ekivalen kapasitor kedua dan ketiga C 2.3 \u003d C 2 + C 3 dan kapasitas ekivalen seluruh baterai kapasitor, yang merupakan tiga kapasitor yang dihubungkan seri dengan kapasitas C 1, C 2.3, C 4, kita temukan dari hubungan 1 / Cequiv \u003d 1 / C 1 + 1 / C 2.3 + 1 / C 4, Seq \u003d (4/7) 10 -6 F. Muatan pada kapasitor ini adalah sama: q 1 \u003d q 2.3 \u003d q 4 \u003d Seq \u003d 8 10 -5 Cl. Oleh karena itu, muatan kapasitor pertama q 1 = 8 10 -5 C, dan beda potensial antara pelatnya, atau tegangannya, U 1 = q 1 / C 1 = 80 V. Untuk kapasitor keempat, kami juga memiliki q 4 \u003d 8 10 -5 C, U 4 \u003d q 4 / C 4 \u003d 40 V. Mari kita cari tegangan pada kapasitor kedua dan ketiga: U 2 \u003d U 3 \u003d q 2.3 / C 2.3 \u003d 20 V. Jadi, pada kapasitor kedua, muatan q 2 = C 2 U 2 = 2 10-5 C, dan pada kapasitor ketiga q 3 = C 3 U 3 = 6 10 -5 C. Perhatikan bahwa q 2,3 = q 2 + g 3 . Tugas 4. Tentukan kapasitansi listrik ekivalen dalam rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar (14.47 a), jika kapasitansi kapasitor diketahui. Larutan. Seringkali ketika memecahkan masalah di mana diperlukan untuk menentukan kapasitansi listrik yang setara, koneksi kapasitor tidak jelas. Dalam hal ini, jika dimungkinkan untuk menentukan titik-titik rangkaian di mana potensinya sama, maka kita dapat menghubungkan titik-titik ini atau mengecualikan kapasitor yang terhubung ke titik-titik ini, karena mereka tidak dapat mengakumulasi muatan (Δφ \u003d 0) dan, oleh karena itu, tidak berperan dalam distribusi retribusi. Dalam diagram yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, a), tidak ada hubungan paralel atau seri yang jelas dari kapasitor, karena dalam kasus umum A B in dan tegangan yang berbeda diterapkan pada kapasitor C1 dan C2. Namun, kami mencatat bahwa karena simetri dan kesetaraan kapasitansi kapasitor yang sesuai, potensi titik A dan B adalah sama. Oleh karena itu, dimungkinkan, misalnya, untuk menghubungkan titik A dan B. Skema diubah menjadi bentuk yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, b). Kemudian kapasitor C1, serta kapasitor C2, akan dihubungkan secara paralel dan C equiv akan ditentukan dengan rumus 1 / C equiv \u003d 1/2C 1 + 1/2C 2, dari mana Anda juga dapat mengabaikan keberadaan kapasitor C3 di sirkuit, karena muatannya nol. Kemudian skema diubah ke bentuk yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, c). Kapasitor C1 dan C2 dirangkai seri, jadi Kapasitor ekuivalen dengan ekuivalen C "dihubungkan secara paralel, jadi kami akhirnya mendapatkan ekspresi yang sama untuk kapasitansi ekuivalen: Tugas 5. Energi kapasitor udara datar W 1 \u003d 2 10 -7 J. Tentukan energi kapasitor setelah mengisinya dengan dielektrik dengan permitivitas \u003d 2, jika: 1) kapasitor terputus dari catu daya; 2) kapasitor terhubung ke catu daya. Larutan. 1) Karena kapasitor terputus dari sumber listrik, muatannya q 0 tetap konstan. Energi kapasitor sebelum diisi dengan dielektrik setelah diisi dimana C 2 = C 1. "Kapasitas listrik" adalah topik terakhir dari bagian "Elektrostatika". Saat memecahkan masalah tentang topik ini, semua informasi yang diperoleh dalam studi elektrostatika mungkin diperlukan: hukum kekekalan muatan listrik, konsep kekuatan dan potensial medan, informasi tentang perilaku konduktor dalam medan elektrostatik, tentang kekuatan medan dalam dielektrik, tentang hukum kekekalan energi dalam kaitannya dengan fenomena elektrostatik. Rumus utama untuk menyelesaikan masalah kapasitas listrik adalah rumus (14.22). Tugas 1. Kapasitansi kapasitor yang terhubung ke sumber tegangan konstan U \u003d 1000 V, sama dengan C 1 \u003d 5 pF. Jarak antara pelatnya berkurang n = 3 kali. Tentukan perubahan muatan pada kapasitor dan pelat energi Medan listrik. Solusi Menurut rumus (14.22), muatan kapasitor adalah q = CU. Karenanya perubahan muatan q - (C 2 - C)U \u003d (nC 1 - C 1)U \u003d (n - 1) C 1 U \u003d 10 -8 C. Tugas 2. Muatan kapasitor q = 3 10 -8 C. Kapasitor kapasitansi C \u003d 10 pF. Tentukan kecepatan yang diperoleh elektron ketika terbang dalam kapasitor dari satu pelat ke pelat lainnya. Kecepatan awal elektron adalah nol. Muatan spesifik elektron Penyelesaian Energi kinetik awal elektron sama dengan nol, dan energi kinetik akhir sama dengan Menerapkan hukum kekekalan energi di mana A adalah kerja medan listrik kapasitor: Akibatnya, Akhirnya Tugas 3. Empat kapasitor dengan kapasitas C 1 \u003d C 2 \u003d\u003d 1 F, C 3 \u003d 3 F, C 4 \u003d 2 F terhubung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.46. Tegangan U = 140 V diberikan pada titik A dan B. Tentukan muatan q1 dan tegangan U1 pada masing-masing kapasitor. Solusi Untuk menentukan muatan dan tegangan, pertama-tama kita mencari kapasitas bank kapasitor. Kapasitansi ekivalen dari kapasitor kedua dan ketiga C 2.3 \u003d C 2 + C 3, dan kapasitas ekivalen dari seluruh bank kapasitor, yang merupakan tiga kapasitor yang terhubung seri dengan kapasitas C 1, C 2.3, C 4, kita temukan dari hubungan 1 / Cequiv \u003d 1 / C 1 + 1 / C 2.3 + 1 / C 4, Seq \u003d (4/7) 10 -6 F. Muatan pada kapasitor ini adalah sama: q 1 \u003d q 2.3 \u003d q 4 \u003d Seq \u003d 8 10 -5 Cl. Oleh karena itu, muatan kapasitor pertama q 1 = 8 10 -5 C, dan beda potensial antara pelatnya, atau tegangannya, U 1 = q 1 / C 1 = 80 V. Untuk kapasitor keempat, kami juga memiliki q 4 \u003d 8 10 -5 C, U 4 \u003d q 4 / C 4 \u003d 40 V. Mari kita cari tegangan pada kapasitor kedua dan ketiga: U 2 \u003d U 3 \u003d q 2.3 / C 2.3 \u003d 20 V. Jadi, pada kapasitor kedua, muatan q 2 = C 2 U 2 = 2 10-5 C, dan pada kapasitor ketiga q 3 = C 3 U 3 = 6 10 -5 C. Perhatikan bahwa q 2,3 = q 2 + g 3 . Tugas 4. Tentukan kapasitansi listrik ekivalen dalam rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar (14.47 a), jika kapasitansi kapasitor diketahui. Solusi Seringkali, ketika memecahkan masalah di mana diperlukan untuk menentukan kapasitansi listrik ekivalen, koneksi kapasitor tidak jelas. Dalam hal ini, jika dimungkinkan untuk menentukan titik-titik rangkaian di mana potensinya sama, maka Anda dapat menghubungkan titik-titik ini atau mengecualikan kapasitor yang terhubung ke titik-titik ini, karena mereka tidak dapat mengakumulasi muatan (Δφ \u003d 0) dan, oleh karena itu, tidak berperan dalam distribusi retribusi. Dalam diagram yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, a), tidak ada hubungan paralel atau seri yang jelas dari kapasitor, karena dalam kasus umum A B in dan tegangan yang berbeda diterapkan pada kapasitor C1 dan C2. Namun, kami mencatat bahwa karena simetri dan kesetaraan kapasitansi kapasitor yang sesuai, potensi titik A dan B adalah sama. Oleh karena itu, dimungkinkan, misalnya, untuk menghubungkan titik A dan B. Skema diubah menjadi bentuk yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, b). Kemudian kapasitor C1, serta kapasitor C2, akan dihubungkan secara paralel dan C equiv akan ditentukan dengan rumus 1 / C equiv \u003d 1/2C 1 + 1/2C 2, dari mana Anda juga dapat mengabaikan keberadaan kapasitor C3 di sirkuit, karena muatannya nol. Kemudian skema diubah ke bentuk yang ditunjukkan pada Gambar (14.47, c). Kapasitor C1 dan C2 dirangkai seri, jadi Kapasitor ekuivalen dengan ekuivalen C "dihubungkan secara paralel, jadi kami akhirnya mendapatkan ekspresi yang sama untuk kapasitansi ekuivalen: Tugas 5. Energi kapasitor udara datar W 1 \u003d 2 10 -7 J. Tentukan energi kapasitor setelah mengisinya dengan dielektrik dengan permitivitas \u003d 2, jika: 1) kapasitor terputus dari catu daya; 2) kapasitor terhubung ke catu daya. Solusi 1) Karena kapasitor terputus dari sumber listrik, muatannya q 0 tetap konstan. Energi kapasitor sebelum diisi dengan dielektrik setelah diisi dimana C 2 = C 1. Tugas untuk solusi independen1. Beda potensial antara pelat kapasitor dengan kapasitas 0,1 F telah berubah sebesar 175 V. Tentukan perubahan muatan kapasitor. 2. Sebuah elektron terbang ke ruang antara pelat kapasitor datar dengan kecepatan 2-10 7 m / s, diarahkan sejajar dengan pelat kapasitor. Berapa jauh elektron akan bergerak menuju pelat bermuatan positif selama pergerakannya di dalam kapasitor jika panjang kapasitor 0,05 m dan beda potensial antara pelat 200 V? Jarak antara pelat kapasitor adalah 0,02 m.Perbandingan modulus muatan elektron dengan massanya adalah 1,76 10 11 C/kg. 3. Kapasitor datar diisi menggunakan sumber arus dengan tegangan U \u003d 200 V. Kemudian kapasitor diputuskan dari sumber arus ini. Berapa tegangan U 1 antara pelat jika jarak di antara mereka ditingkatkan dari awal d \u003d 0,2 mm menjadi d 1 \u003d 0,7 mm? 4. Tentukan kapasitas kapasitor bola udara. Jari-jari bola R 1 dan R 2 . 5. Sebuah pelat logam dengan ketebalan d 0 dimasukkan ke dalam kondensor udara datar. Muatan pada pelat kapasitor q. Kapasitor terputus dari sumbernya. Jarak antara pelat d, luas pelat S. Tentukan perubahan kapasitansi kapasitor dan energi medan listriknya.
Tinjaulah materi dalam bab 14 sesuai dengan rencana berikut.1. Tuliskan konsep dasar dan besaran fisika dan berikan definisinya. 2. Rumuskan hukum dan tuliskan rumus dasarnya. 3. Tunjukkan satuan besaran fisika dan ekspresinya dalam satuan dasar SI. 4. Jelaskan eksperimen utama yang mengkonfirmasi validitas hukum. Sambungan seri kapasitor adalah baterai yang dibentuk oleh rantai kapasitor. Tidak ada percabangan, output dari satu elemen terhubung ke input berikutnya. Proses fisik dalam koneksi serialKetika kapasitor dihubungkan secara seri, muatan masing-masing kapasitor setara. Karena prinsip keseimbangan alami. Hanya pelat ekstrem yang terhubung ke sumbernya, yang lain dibebankan oleh redistribusi muatan di antara mereka. Menggunakan kesetaraan, kami menemukan: q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, dari mana kita menulis: Tegangan antara kapasitor didistribusikan terbalik dengan kapasitansi nominal. Singkatnya, keduanya membentuk tegangan listrik. Saat pemakaian, desain mampu memberikan muatan q, terlepas dari berapa banyak kapasitor yang dihubungkan secara seri. Kami menemukan kapasitas baterai dari rumus: C = q/u = q/(U1 + U2), substitusikan ekspresi di atas, dikurangi menjadi penyebut yang sama: 1/C = 1/C1 + 1/C2. Menghitung kapasitas baterai totalKetika kapasitor dihubungkan secara seri, nilai yang berbanding terbalik dengan kapasitas nominal ditambahkan ke baterai. Membawa ekspresi terakhir ke penyebut yang sama, membalikkan pecahan, kita mendapatkan: C \u003d C1C2 / (C1 + C2). Ekspresi digunakan untuk mencari kapasitas baterai. Jika ada lebih dari dua kapasitor, rumusnya menjadi lebih rumit. Untuk menemukan jawabannya, denominasi dikalikan di antara mereka sendiri, pembilang pecahan keluar. Produk berpasangan dari dua denominasi dimasukkan ke dalam penyebut, memilah-milah kombinasi. Dalam praktiknya, terkadang lebih mudah untuk menghitung menggunakan timbal balik. Hasilnya adalah untuk membagi unit. Koneksi kapasitor seri Rumusnya sangat disederhanakan jika peringkat baterainya sama. Anda hanya perlu membagi angka dengan jumlah total elemen, untuk mendapatkan nilai yang dihasilkan. Tegangan akan didistribusikan secara merata, oleh karena itu, cukup membagi nilai nominal jaringan suplai secara merata ke dalam jumlah total. Ketika ditenagai oleh baterai 12 volt, 4 wadah, masing-masing 3 volt akan turun. Satu penyederhanaan akan dibuat untuk kasus ketika denominasi sama, satu kapasitansi dimasukkan sebagai variabel untuk menyesuaikan hasilnya. Kemudian tegangan maksimum setiap elemen dapat dicari dengan membagi tegangan sumber dengan jumlah yang dikurangi satu. Hasilnya akan diperoleh, jelas memiliki margin tertentu. Tentang kapasitas variabel, persyaratannya jauh lebih ketat. Idealnya, nilai operasi tumpang tindih dengan tegangan sumber. Kebutuhan akan koneksi serialSepintas, gagasan menghubungkan kapasitor secara seri dengan baterai tampaknya tidak masuk akal. Keuntungan pertama jelas: persyaratan untuk tegangan maksimum pelat berkurang. Lebih banyak tegangan operasi, produk lebih mahal. Dengan cara yang sama, dunia dilihat oleh seorang amatir radio yang memiliki beberapa kapasitor tegangan rendah di tangannya, yang ingin menggunakan besi. bagian yang tidak terpisahkan rangkaian tegangan tinggi. Menghitung tegangan akting oleh elemen menggunakan rumus di atas, seseorang dapat dengan mudah memecahkan masalah. Mari kita lihat contoh untuk membuatnya lebih jelas: Biarkan baterai dengan tegangan 12 volt, tiga kapasitas dengan nilai nominal 1, 2 dan 4 nF dipasang. Temukan tegangan ketika sel-sel baterai dihubungkan secara seri. Untuk menemukan tiga yang tidak diketahui, ambil kesulitan untuk menulis jumlah persamaan yang sama. Hal ini diketahui dari mata kuliah matematika tingkat tinggi. Hasilnya akan terlihat seperti ini:
Tidak sulit untuk memperhatikan, kami mengganti dua ekspresi terakhir untuk yang pertama, mengekspresikan 12 volt melalui tegangan kapasitor ketiga. Anda akan mendapatkan yang berikut ini: 4U3 + 2U3 + U3 = 12, dari mana kita mencari tegangan kapasitor ketiga adalah 12/7 = 1,714 volt, U2 - 3,43 volt, U1 - 6,86 volt. Jumlah angka memberikan 12, masing-masing kurang dari tegangan baterai suplai. Selain itu, semakin besar perbedaannya, semakin kecil nilai nominal tetangga. Dari aturan ini berikut: dalam koneksi seri, kapasitor kapasitansi rendah memiliki tegangan operasi yang lebih tinggi. Untuk kepastian, mari kita cari nilai baterai yang dikompilasi, pada saat yang sama kita akan menggambarkan rumusnya, karena dijelaskan di atas murni secara verbal: C \u003d C1C2C3 / (C1C2 + C2C3 + C1C3) \u003d 8 / (2 + 8 + 4) \u003d 8/14 \u003d 571 pF. Nilai yang dihasilkan lebih kecil dari masing-masing kapasitor yang membentuk sambungan seri. Dari aturan tersebut dapat dilihat: pengaruh maksimum terhadap kapasitas total memiliki pengaruh yang lebih kecil. Oleh karena itu, jika perlu untuk menyesuaikan nilai penuh baterai, itu harus kapasitor variabel. Jika tidak, memutar sekrup tidak akan banyak berpengaruh pada hasil akhir.
Paket perangkat lunak untuk mempelajari sirkuit listrikSelain kalkulator online Ada alat yang lebih kuat untuk menghitung koneksi seri kapasitor. Kelemahan besar dari alat yang tersedia untuk umum adalah karena keengganan situs untuk memeriksa kode program, yang berarti mengandung kesalahan. Buruk jika satu kapasitansi gagal, rusak oleh proses pengujian rangkaian yang dirakit secara tidak benar. Bukan satu-satunya downside. Terkadang skemanya jauh lebih kompleks, tidak mungkin untuk dipahami dengan cara yang kompleks. Beberapa perangkat memiliki filter. frekuensi tinggi, menggunakan kapasitor, termasuk dalam kaskade. Kemudian, selain rangkaian melalui resistor ke tanah, sambungan seri kapasitor terbentuk pada rangkaian. Biasanya tidak menggunakan rumus yang ditunjukkan di atas. Secara umum diterima bahwa setiap tahap filter ada secara terpisah, hasil dari bagian sinyal dijelaskan oleh karakteristik frekuensi amplitudo. Grafik yang menunjukkan berapa banyak komponen spektral sinyal akan terputus pada output. Mereka yang ingin melakukan perkiraan perhitungan disarankan untuk membiasakan diri dengan paket perangkat lunak komputer pribadi Meja Kerja Elektronik. Desain dibuat sesuai dengan standar bahasa Inggris, ambil kesulitan untuk memperhitungkan nuansa: penunjukan resistor pada sirkuit listrik dengan zigzag yang rusak. Denominasi, nama elemen akan dinyatakan dengan cara asing. Itu tidak mengganggu penggunaan cangkang yang memberi operator berbagai jenis sumber daya. Dan yang paling penting - Electronics Workbench akan memungkinkan Anda untuk mengatur titik kontrol pada masing-masing, secara real time untuk melihat tegangan, arus, spektrum, bentuk gelombang. Proyek harus dilengkapi dengan ammeter, voltmeter, dan perangkat serupa lainnya. Dengan bantuan paket perangkat lunak seperti itu, simulasikan situasinya, lihat seberapa besar voltase turun pada sel baterai. Menghemat Anda dari perhitungan rumit, sangat mempercepat proses desain sirkuit. Kesalahan dikecualikan pada saat yang sama. Menjadi mudah dan sederhana untuk menambah, menghapus kapasitor dengan evaluasi langsung hasilnya. Contoh kerjaTangkapan layar menunjukkan desktop Electronics Workbench 5.12 dengan rakitan sirkuit listrik sambungan seri kapasitor. Setiap kapasitansi 1uF, elemen yang sama diambil untuk tujuan demonstrasi. Sehingga setiap orang dapat dengan mudah memeriksa kebenarannya. bank kapasitor seri Mari kita lihat sumbernya terlebih dahulu. Tegangan bolak-balik dengan frekuensi 60 Hz. Negara pengembang memiliki standar yang berbeda dari yang Rusia. Disarankan untuk mengklik kanan sumber, mengunjungi properti, mengatur:
Untuk pemakan huruf, akan berguna untuk melihat sifat-sifat elemen rangkaian. Sumber bebas mengatur toleransi tegangan dalam persen. Cukup dengan menambahkan satu resistor 1 kΩ, rangkaian menjadi filter lolos tinggi. Disarankan untuk tidak menyederhanakan langkah-langkahnya. Pasang tanda ground dengan benar, pastikan: sirkuitnya benar-benar sepele. Jika tidak, hasilnya akan membuat Anda patah kepala untuk waktu yang lama. Kapasitansi listrik dari konduktor atau kapasitor soliter: di mana Q adalah muatan yang diberikan pada konduktor (kapasitor); adalah perubahan potensial yang disebabkan oleh muatan ini. Kapasitansi listrik dari bola konduktor soliter berjari-jari R, terletak di media tak hingga dengan permitivitas , Jika bola berongga dan diisi dengan dielektrik, maka kapasitansi listriknya tidak berubah dari ini. Kapasitansi listrik kapasitor datar: di mana S adalah luas pelat (setiap pelat); d adalah jarak di antara mereka; adalah permitivitas dielektrik yang mengisi ruang antara pelat. Kapasitansi listrik sebuah kapasitor datar diisi dengan n lapisan dielektrik dengan ketebalan d i masing-masing dengan permitivitas dielektrik i (kapasitor berlapis), Kapasitansi listrik kapasitor bola (dua bola konsentris dengan jari-jari R 1 dan R 2, ruang di antaranya diisi dengan dielektrik dengan permitivitas) Kapasitansi listrik kapasitor silinder (dua silinder koaksial dengan panjang aku dan jari-jari R 1 dan R 2, ruang di antaranya diisi dengan dielektrik dengan permitivitas): Kapasitansi C kapasitor yang dihubungkan seri: - secara umum: di mana n adalah jumlah kapasitor; – dalam hal dua kapasitor: - dalam kasus n kapasitor identik dengan kapasitas listrik masing-masing C 1 Kapasitansi kapasitor yang dirangkai paralel: - secara umum: . Energi medan listrik kapasitor: Rapat energi volume medan listrik dalam media isotropik linier dengan permitivitas relatif adalah sebagai berikut: Contoh pemecahan masalahContoh 1 Tentukan kapasitansi listrik kapasitor datar dengan dua lapisan dielektrik: porselen dengan ketebalan d 1 \u003d 2 mm dan ebonit dengan ketebalan d 2 \u003d 1,5 mm, jika luas S pelat adalah 100 cm 2. Larutan. Kapasitor kapasitansi menurut definisi Dengan mempertimbangkan bahwa Q=S, persamaan (4.1) dapat ditulis ulang sebagai: di mana adalah rapat muatan permukaan pada pelat; E 1 dan E 2 masing-masing adalah kuat medan pada lapisan dielektrik pertama dan kedua; D adalah perpindahan medan dielektrik dalam dielektrik. Mengalikan pembilang dan penyebut persamaan (4.2) dengan 0 dan dengan mempertimbangkan bahwa D=, akhirnya diperoleh: Setelah membuat perhitungan sesuai dengan rumus (4.3), kami menemukan: Contoh 2 Dua kapasitor datar identik dihubungkan secara paralel dan diisi ke tegangan U 0 = 480 V. Setelah memutuskan dari sumber arus, jarak antara pelat salah satu kapasitor menjadi dua. Berapa tegangan U pada kapasitor. Larutan. Jika kapasitor dirangkai secara paralel, kapasitansi totalnya adalah: C baht \u003d C 1 + C 2 \u003d 2C; (C 1 \u003d C 2 \u003d C). Pengisian daya baterai q 1 \u003d C baht U 0 \u003d 2CU 0. Ketika jarak antara pelat kapasitor dibelah dua, kapasitas listriknya akan berlipat ganda (menurut rumus Biaya akan menjadi q 2 \u003d C ' baht U \u003d 3CU. Menurut hukum kekekalan muatan listrik q 1 \u003d q 2, karena bank kapasitor terputus dari sumbernya. Oleh karena itu, 2CU 0 = 3CU, dari mana tugas 401. Temukan kapasitansi C dari bola logam soliter dengan jari-jari R \u003d 1 cm (Jawaban: 1,11 pF). 402. Tentukan muatan pada masing-masing kapasitor dalam rangkaian yang ditunjukkan pada gambar. 4.1, jika C 1 = 2 F, C 2 = 4 F, C 3 = 6 F, = 18 V. (Jawaban: Q 1 = 30 C; Q 2 = 12 C; Q 1 = 18 C). 403. Tentukan kapasitas listrik Dari bumi, menganggapnya sebagai bola dengan jari-jari R = 6400 km. (Jawaban: 180 pF). 404. Sebuah bola berjari-jari R 1 = 6 cm bermuatan potensial 1 = 300 V, dan bola berjari-jari R 2 = 4 cm bermuatan potensial 2 = 500 V. Tentukan potensial bola setelah mereka dihubungkan oleh konduktor logam. Abaikan kapasitansi konduktor penghubung. (Menjawab: 405. Tentukan kapasitansi Dari kapasitor mika datar, luas pelat S adalah 100 cm 2, dan jarak antara keduanya adalah 0,1 mm (konstanta dielektrik mika \u003d 7). (Jawaban: 6.2 nF). 406. Lima kapasitor dengan kapasitas yang sama dihubungkan secara seri ke dalam baterai. Sebuah voltmeter statis dihubungkan secara paralel ke salah satu kapasitor, yang kapasitansinya adalah setengah dari kapasitansi masing-masing kapasitor. Voltmeter menunjukkan 500 V. Berapa beda potensial di seluruh baterai? (Jawaban: 3500V). 407. Jarak d antara pelat kapasitor datar adalah 1,33 mm, luas S pelat adalah 20 cm 2. Di ruang antara pelat kapasitor ada dua lapisan dielektrik: mika dengan ketebalan d 1 = 0,7 mm dan ebonit dengan ketebalan d 2 = 0,3 mm. Tentukan kapasitansi kapasitor (konstanta dielektrik mika = 7, ebonit = 3).(Jawaban: 408. N bola jatuh berjari-jari r dibebankan dengan potensial yang sama 0 . Semua tetes bergabung menjadi satu yang besar. Tentukan potensial dan kerapatan muatan pada permukaan jatuhan besar. (Menjawab: ). 409. Dua bola logam konsentris dengan jari-jari R 1 = 2 cm dan R 2 = 2,1 cm membentuk kapasitor bola. Tentukan kapasitansi listriknya C jika ruang antara bola diisi dengan parafin (permitivitas parafin = 2). (Menjawab: 410. Sebuah ubin parafin setebal d = 1 cm didorong ke dalam kapasitor datar, yang pas dengan pelatnya. Berapa jarak antara pelat harus ditingkatkan untuk mendapatkan kapasitansi yang sama? (Konstanta dielektrik parafin = 2). (Jawaban: 0,5 cm). 411. Kondensor terdiri dari dua bola konsentris. Jari-jari R 1 bola bagian dalam adalah 10 cm, bagian luar R 2 = 10,2 cm Celah antara bola diisi dengan parafin. Bola bagian dalam diberi muatan Q = 5 C. Tentukan beda potensial U antara kedua bola tersebut. (Konstanta dielektrik parafin= 2). (Jawaban: 4,41 kV). 412. Untuk sebuah kapasitor udara yang bermuatan beda potensial U = 600 V dan diputus dari sumber tegangan, kapasitor kedua yang tidak bermuatan dengan ukuran dan bentuk yang sama, tetapi dengan dielektrik (porselen), dihubungkan secara paralel. Tentukan konstanta dielektrik dari porselen jika, setelah menghubungkan kapasitor kedua, perbedaan potensial berkurang menjadi U 1 \u003d 100 V. (Jawaban: 5). 4 4 415. Sebuah kapasitor dengan kapasitas listrik C 1 = 0,6 F diisi dengan beda potensial U 1 = 300 V dan dihubungkan ke kapasitor kedua dengan kapasitas listrik C 2 = 0,4 F, diisi dengan beda potensial U 2 = 150 V Carilah muatan Q yang mengalir dari pelat kapasitor pertama ke kapasitor kedua. (Menjawab: 416. Tiga kapasitor datar identik dihubungkan secara seri. Kapasitansi C dari kapasitor bank tersebut adalah 80 pF. Luas S masing-masing pelat adalah 100 cm2. Dielektrik - kaca (= 7). Berapa ketebalan kacanya? (Jawaban: 2.32mm). 4 418. Kapasitor dengan kapasitas listrik C 1 = 10 nF, C 2 = 40 nF, C 3 = 2 nF, C 4 = 30 nF dihubungkan seperti pada gambar. 4.3. Tentukan kapasitansi C dari kapasitor bank. (Jawaban: 20 pF). 419. Kapasitor dihubungkan seperti ditunjukkan pada gambar. 4.4. Kapasitansi kapasitor: C 1 \u003d 2 F, C 2 \u003d 2 F, C 3 \u003d 3 F, C 4 \u003d 1 F. Beda potensial pada pelat kapasitor keempat U 4 \u003d 100 V. Temukan muatan dan beda potensial pada pelat masing-masing kapasitor, serta total muatan dan beda potensial bank kapasitor. (Jawaban: 200 C; 120 C; 120 C; 100 C; 110 V; 60 V; 40 V; 220 C; 210 V). 420. Kapasitor dengan kapasitas listrik C 1 = 1 pF, C 2 = 2 pF, C 3 = 2 pF, C 4 = 4 pF, C 5 = 3 pF dihubungkan seperti pada gambar. 4.5. Tentukan kapasitansi C dari kapasitor bank. (Jawaban: 2 pF. Petunjuk. Buktikan bahwa jika C 1 /C 2 \u003d C 3 /C 4, maka A \u003d φ B, dan, oleh karena itu, kapasitas C 5 tidak masalah saat menentukan kapasitas total sirkuit). 421. Sebuah kapasitor datar, di antara pelat-pelatnya terdapat pelat dengan permitivitas dielektrik , dipasang pada baterai. Muatan kapasitor sama dengan Q 0. Berapa muatan Q yang akan melewati baterai ketika pelat dilepas? (Menjawab: 422. Sebuah kapasitor udara datar diisi dengan beda potensial U = 1000 V. Dengan gaya F berapa pelat-pelatnya tertarik satu sama lain? Luas pelat S= 100 cm 2, jarak antara keduanya d = 1 mm. (Menjawab: 423. Pada pelat kapasitor datar, muatan didistribusikan secara merata dengan kerapatan permukaan \u003d 0,2 C / m 2. Jarak d antara pelat adalah 1 mm. Berapa perbedaan potensial pada pelatnya jika jarak d antara pelat bertambah menjadi 3 mm? (Jawaban: 22,6 V). 424. Jarak d antara pelat kapasitor datar adalah 2 cm, beda potensialnya adalah U = 6 kV. Muatan Q masing-masing pelat adalah 10 nC. Hitung energi W dari medan kapasitor dan gaya F dari gaya tarik-menarik pelat. (Jawaban: 30 J). 4 426. Berapa banyak panas Q yang akan dilepaskan ketika kapasitor datar dilepaskan jika beda potensial U antara pelat adalah 15 kV, jarak d \u003d 1 mm, dielektrik adalah mika dan luas S masing-masing pelat adalah 300 cm 2 . (Menjawab: 427. Gaya tarik F antara pelat kapasitor udara datar adalah 50 mN. Luas S masing-masing pelat adalah 200 cm2. Temukan kerapatan energi w bidang kapasitor. (Jawaban: 0,209 J). 428. Sebuah kondensor udara datar terdiri dari dua pelat bundar dengan jari-jari r = 10 cm masing-masing. Jarak d 1 antara pelat adalah 1 cm Kapasitor diisi dengan beda potensial U = 1,2 kV dan diputus dari sumber arus. Pekerjaan apa yang perlu dilakukan A untuk melepaskan pelat satu sama lain dan menambah jarak di antara mereka menjadi d 2 \u003d 3,5 cm (Jawaban: 2,5 J / m 3). 429. Kapasitor dengan kapasitas listrik C 1 = 1 F, C 2 = 2 F C 3 = 3 F termasuk dalam rangkaian dengan tegangan U = 1,1 kV. Tentukan energi masing-masing kapasitor dalam kasus berikut: 1) koneksi berurutannya; 2) koneksi paralel. (Jawaban: 50 J). 430. Kapasitansi listrik Dari kapasitor datar sama dengan 111 pF. Dielektriknya adalah porselen. Kapasitor diisi dengan beda potensial U= 600 V dan diputus dari sumber tegangan. Berapa usaha A yang harus dilakukan untuk melepaskan dielektrik dari kapasitor? Friksi dapat diabaikan. (Jawaban: 0,18 J). Empat kapasitor, yang kapasitansinya adalah C1 = 1,0 F, C2 = 4,0 F, C3 = 2,0 F dan C4 = 3,0 F, dihubungkan ke baterai (lihat Gambar). Jika baterai dihubungkan ke sumber yang tegangan terminalnya U = 10 V, maka energi W3 dari medan elektrostatik kapasitor C3 adalah ... J.Untuk menentukan energi W3 dari medan elektrostatik kapasitor C3, perlu diketahui muatan yang terkumpul oleh kapasitor ini. Kapasitor C3 dan C4 dirangkai seri satu sama lain dan diparalel dengan kapasitor C1 dan C2 dirangkai seri.Total kapasitansi: Jawaban yang benar: 36 mJ. 1. waktu yang telah berlalu: 3 menit. skor tugas: 6 dari 10 poin. 2. tingkat tugas: 3 (dasar). kesulitan subjektif: 6 dari 10 poin. Dua resistor, yang resistansinya R1 = 0,64 ohm dan R2 = 2,56 ohm, dihubungkan secara seri untuk pertama kalinya, dan paralel untuk kedua kalinya, dan setelah koneksi dihubungkan secara bergantian ke sumber arus searah. Dalam kedua kasus, daya yang dilepaskan di bagian luar rangkaian adalah sama. Jika kekuatan arus selama hubung singkat dari sumber ini Ik \u003d 15 A, maka daya berguna maksimum Pmax dari sumber adalah ... W. Daya berguna maksimum dari sumber dicapai ketika resistansi eksternal rangkaian sama dengan resistansi internal sumber dan sama dengan: Daya berguna maksimum Pmax dari sumber adalah 72 W. Jawaban yang benar: 72 W. Catatan (detail di halaman utama tes): 1. waktu yang telah berlalu: 6,5 menit. skor tugas: 8 dari 10 poin. 2. tingkat tugas: 4 (profil). kesulitan subjektif: 7 dari 10 poin. |
Sebuah kapasitor 3500 F dihubungkan dengan sumber tegangan 15 volt hitunglah muatan kapasitor
Pos Terkait
Copyright © 2024 berikutyang Inc.
