Elektryczność i Magnetyzm

Transkrypt

1 Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Kacper Oreszczuk, Magda Grzeszczyk, Paweł Trautman Wykład szósty 14 marca 019

2 Z ostatniego wykładu Doświadczenie Millikana Potencjał i pole od dipola Krążenie i rotacja Twierdzenie Stokesa Pole potencjalne i zachowawcze Pojemność elektryczna kuli i kondensatora Pomiar pojemności Elektryzowanie, elektrofor Łączenie kondensatorów Multiplikator Piekary, powielacz napięcia

3 Pomiar pojemności U + Q kv

4 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G Napięcie stałe C ma Q = CU G

5 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G Napięcie stałe C ma Q = CU G

6 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G U 0 C Generator ma dioda jako przełącznik Q = CU G

7 Cyfrowy miernik pojemności pf

8 Siła między okładkami kondensatora kv

9 Siła między okładkami kondensatora kv

10 Siła między okładkami kondensatora Pomiar siły przyciągania okładek F = q U U ε S U ε 0SU D D D D D ε 0 = q = CU = U = a więc U = D Sε 0 F Wartości liczbowe F = 0.3 N, D = 3 cm, S = π 81 cm, stąd U 50 kv

11 Energia kondensatora Z pracy ładowania Q E = Udq = 0 q C dq Z pracy rozsuwania okładek Można też zapisać E = Q 0 = 1 C Q 1 E = Fd = Qεd = 1 Q εd 1 ε σ Sd = 1 A więc objętościowa gęstość energii = w = Sd E = 1 = 1 QU ε 1 ε 0ε ε 0 QU Sd

12 Energia pola elektrostatycznego Przy przesuwaniu powierzchni przewodnika wykonywana jest praca L dfdx = εσdsdx = 1 = ε dsdx ε 1 0 Jednocześnie ubywa pola z objętości zakreślonej przez przesuwaną powierzchnię. Można więc zdefiniować objętościową gęstość energii w w = 1 σ ε = 1 ε 0 ε Współczynnik jedna druga we wzorze bierze się ze średniej wartości siły w warstwie ładunku ds dx

13 Rozbieranie kondensatora

14 Jak zbudowany jest kondensator

15 Jak zbudowany jest kondensator okładki, pomiędzy nimi powietrze lub inny izolator : papier, folia, ceramika... ε C = 0S d kondensator elektrolityczny : folia Al, tlenek Al O 3, elektrolit kondensator tantalowy superkondensator

16

17 Czy pojemność kondensatora jest zawsze stała? kv Q = CU? ε 0s C = d

18 Czy pojemność kondensatora jest zawsze stała? Q = CU? Q +Q

19 Czy pojemność kondensatora jest zawsze stała? Co się stanie jeśli grubość warstwy naładowanej będzie skończona? Q = CU? Q +Q

20 Wnikanie pola do przewodnika Warstwa zubożona Grubość Rzędy wielkości d = ε ε nq σ 0 = ρ metal: n = 10 9 m 3, q = C, ε = 10 6 V/m, stąd d rzędu m do zaniedbania wobec rozmiaru atomu rzędu m półprzewodnik koncentracje nośników mogą być o wiele rzędów mniejsze uwaga: ten rachunek zaniedbuje polaryzację dielektryczną Warstwa akumulacyjna: równowaga dynamiczna Grubość: dyfuzja

21 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G Napięcie stałe C ma Q = CU G

22 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G Napięcie stałe C ma Q = CU G

23 Jak zmierzyć pojemność? Kondensator U G U 0 C Generator ma dioda jako przełącznik Q = CU G

24 Czy dioda ma pojemność? Kondensator zwykły Dioda półprzewodnikowa U G U 0 C X Generator + nap. stałe ma Q = CU G Pojemność diody w kierunku zaporowym zależy od napięcia!

25 Czy dioda ma pojemność? Kondensator zwykły Dioda półprzewodnikowa C 0 >> C X U G U 0 C X C 0 Generator + nap. stałe ma Q = CU G Pojemność diody w kierunku zaporowym zależy od napięcia!

26 Czy dioda ma pojemność? Kondensator zwykły Dioda półprzewodnikowa C 0 >> C X U G C X C 0 Generator + nap. stałe U 0 ma Q = CU G Pojemność diody w kierunku zaporowym zależy od napięcia!

27 Czy dioda ma pojemność? Dioda półprzewodnikowa

28 Czy dioda ma pojemność? Dioda półprzewodnikowa Co się stanie jeśli zmienimy temperaturę?