Kysymys kondensaattoreista ja varauksen säilymisestä

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

http://dia.fi/pdf/difys_2005_fi.pdf

Linkin takana on TKK:n vuoden 2005 fysiikan pääsykoetehtävät ja niiden malliratkaisut. Tehtävässä neljä pyydetään kertomaan, miten eri suureille (kondensaattorin kapasitanssi, varaus ja jännite) käy, kun kondensaattorin levyjen välistä otetaan pois tuntematon eristeaine, jonka suhteellista permittiivisyyttä ei tiedetä.

Malliratkaisussa todetaan: "Kun kytkin S on auki eristekerrosta poistettaessa, varaus säilyy, joten levyjen varaus ei muutu."

Miksi varaus säilyy? Miten eristekerroksen poistaminen ja kytkimen avaaminen ovat tässä tehtävässä yhteydessä toisiinsa? Säilyisikö varaus myös silloin, jos kytkin S olisi eristeen poistamishetkellä kiinni?

Kommentit (10)

Vierailija
paristo
http://dia.fi/pdf/difys_2005_fi.pdf

Linkin takana on TKK:n vuoden 2005 fysiikan pääsykoetehtävät ja niiden malliratkaisut. Tehtävässä neljä pyydetään kertomaan, miten eri suureille (kondensaattorin kapasitanssi, varaus ja jännite) käy, kun kondensaattorin levyjen välistä otetaan pois tuntematon eristeaine, jonka suhteellista permittiivisyyttä ei tiedetä.

Malliratkaisussa todetaan: "Kun kytkin S on auki eristekerrosta poistettaessa, varaus säilyy, joten levyjen varaus ei muutu."

Miksi varaus säilyy? Miten eristekerroksen poistaminen ja kytkimen avaaminen ovat tässä tehtävässä yhteydessä toisiinsa? Säilyisikö varaus myös silloin, jos kytkin S olisi eristeen poistamishetkellä kiinni?




Eristekalvon tarkoituksena on pitää foliot erillään, sen materiaali vaikuttaa myös läpilyöntiin/jännitekestoon. Kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta ja etäisyydestä, kalvon poisto ei vaikuta siihen, eikä jännitteeseen.

Simplex
Seuraa 
Viestejä2709
Liittynyt26.1.2010
fenomenologi
Kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta ja etäisyydestä, kalvon poisto ei vaikuta siihen, eikä jännitteeseen. Kondensaattorin varaus poistuu, jos kytkin on kiinni.



Pieni korjaus/lisäys, sillä kondensaattorin kapasitanssi riippuu myös eristeen permittiivisyydestä. Kapasitanssi on suoraan verrannollinen levyjen pinta-alaan ja välianeen suhteelliseen permittiivisyyteen, ja kääntäen verrannollinen levyjen etäisyyteen.

Linkki: http://fi.wikipedia.org/wiki/Kapasitanssi

Tehtävässä esitetty materiaalin poistaminen levyjen välistä ei muuta kondensaattorissa olevaa varausta, mutta muuttaa kylläkin kondensaattorin kapasitanssia, ja näin ollen myös kondensaattorin levyjen välistä jännitettä.

Vierailija
Simplex
fenomenologi
Kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta ja etäisyydestä, kalvon poisto ei vaikuta siihen, eikä jännitteeseen. Kondensaattorin varaus poistuu, jos kytkin on kiinni.



Pieni korjaus/lisäys, sillä kondensaattorin kapasitanssi riippuu myös eristeen permittiivisyydestä. Kapasitanssi on suoraan verrannollinen levyjen pinta-alaan ja välianeen suhteelliseen permittiivisyyteen, ja kääntäen verrannollinen levyjen etäisyyteen.

Linkki: http://fi.wikipedia.org/wiki/Kapasitanssi

Tehtävässä esitetty materiaalin poistaminen levyjen välistä ei muuta kondensaattorissa olevaa varausta, mutta muuttaa kylläkin kondensaattorin kapasitanssia, ja näin ollen myös kondensaattorin levyjen välistä jännitettä.




Ok, jäi lisäksi huomaamatta virtalähde kytkimen alla.

Vierailija

Virtalähde tarvitaan mukaan siksi, että kondensaattori on ensin varattava tiettyyn jännitteeseen. Samalla kondensaattoriin tuodaan myös energiaa. kun eristelevy poistetaan, kondensaattorin kapasitanssi pienenee kääntäen verrannollisena eristeen suhteelliseen permittiivisyyteen, jännite suurenee samassa suhteessa mutta myös energia. Energia saadaan siitä, että on tehtävä työtä eristelevyn poistamiseksi koska sähkökenttä aiheuttaa voiman, joka pyrkii pitämään eristeen levyjen välissä.

Vierailija

Totta, varaus pienenisi samassa suhteessa kuin kapasitanssikin ja palautuisi siltä osin takaisin virtalähteeseen.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
korant
Totta, varaus pienenisi samassa suhteessa kuin kapasitanssikin ja palautuisi siltä osin takaisin virtalähteeseen.

Mihin tuo eristepalan poistamisessa tarvittava voima (energiamuutos) perustuu , kenttäviivathan ovat kohtisuoraan liikesuuntaa vastaan ? Vai olisiko tuo induktiivinen ilmiö?

Toisaalta rupesin kyllä miettimään, että mikäs se vektorikenttä (kuten sähkökenttä) oikeastaan on, onko sellaista erikseen ollenkaan vai onko se vain skalaarikentän gradientin (suhteellisen varaustiheyden) aikaansaama ilmentymä.

Vierailija

Eristehän muuttaa kondensaattorin levyjen välistä sähkökenttää (polarisoituminen, eristeen dipolimolekyylien järjestyminen jne.). Siihenhän eristeen toiminta perustuu. Siis kun eristettä vedetään ulso kondensaattorista ja symmetria häviää, ei kenttä kondensaattorien levyjen välissä ole enää "suora" tahi homogeeninen (kohdassa, jossa eristettä ei ole, kenttä on voimakkaampi), vaan vetää eristettä takaisin. Siis on tehtävä työtä eristeen poistamiseksi ja energiaa kuluu.

Vierailija

Kun kytkin on suljettuna, eriste pyrkii itsekseen pois levyjen välistä kunhan pääsee ensin alkuun. Kun kytkin on auki, se pyrkii takaisin levyjen väliin. Voimat ovat tosin hyvin pieniä ja vaatii kitkatonta luisumista.

Vierailija
korant
Kun kytkin on suljettuna, eriste pyrkii itsekseen pois levyjen välistä kunhan pääsee ensin alkuun.
Tämähän ei ole totta. Huomasin virheeni mutta annoin olla ja odottelin josko joku huomaisi mutta ei vielä tai sitten ei ole viitsinyt oikaista. Eroa tietenkin on voimalla sen mukaan onko kytkin auki vai kiinni.

Uusimmat

Suosituimmat