UKŁADY KONDENSATOROWE

Podobne dokumenty
Podstawowe własności elektrostatyczne przewodników: Pole E na zewnątrz przewodnika jest prostopadłe do jego powierzchni

ELEKTROSTATYKA. Zakład Elektrotechniki Teoretycznej Politechniki Wrocławskiej, I-7, W-5

21 ELEKTROSTATYKA. KONDENSATORY

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 22 ELEKTROSTATYKA CZĘŚĆ 2. KONDENSATORY

POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA

Wytrzymałość układów uwarstwionych powietrze - dielektryk stały

ELEKTROSTATYKA. cos tg60 3

kondensatory Jednostkę pojemności [Q/V] przyjęto nazywać faradem i oznaczać literą F.

Elektrostatyka. A. tyle samo B. będzie 2 razy mniejsza C. będzie 4 razy większa D. nie da się obliczyć bez znajomości odległości miedzy ładunkami

WŁAŚCIWOŚCI IDEALNEGO PRZEWODNIKA

Lekcja 43. Pojemność elektryczna

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Podstawy fizyki wykład 8

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 33: Kondensatory

Człowiek najlepsza inwestycja

Pojemność elektryczna. Pojemność elektryczna, Kondensatory Energia elektryczna

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Elektrostatyka. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski. 20 kwietnia 2013 r. ZespółSzkółnr2wWyszkowie. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrostatyka

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

Strumień Prawo Gaussa Rozkład ładunku Płaszczyzna Płaszczyzny Prawo Gaussa i jego zastosowanie

Pojemność elektryczna

Kondensator. Kondensator jest to układ dwóch przewodników przedzielonych

Ćwiczenie nr 31: Modelowanie pola elektrycznego

Pojemność elektryczna, Kondensatory Energia elektryczna

cz.3 dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM

MAGNETOSTATYKA. Zakład Elektrotechniki Teoretycznej Politechniki Wrocławskiej, I-7, W-5

Segment B.X Kondensatory Przygotował: dr Winicjusz Drozdowski

Ładunek elektryczny ćwiczenia

Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2

Przykładowe zadania/problemy egzaminacyjne. Wszystkie bezwymiarowe wartości liczbowe występujące w treści zadań podane są w jednostkach SI.

1 Elektrostatyka. Odp. 1 x 2 + y 2 + (z h) 2. 1 x 2 + y 2 + (z + h) 2

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Ładunki elektryczne. q = ne. Zasada zachowania ładunku. Ładunek jest cechąciała i nie można go wydzielićz materii. Ładunki jednoimienne odpychają się

Dielektryki i Magnetyki

Elektrostatyka, część pierwsza

25 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY. (od początku do prądu elektrycznego)

5. (2 pkt) Uczeń miał za zadanie skonstruował zwojnicę do wytwarzania pola magnetycznego o wartości indukcji

Elektrostatyka, cz. 2

Wykład 4 i 5 Prawo Gaussa i pole elektryczne w materii. Pojemność.

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Rozdział 22 Pole elektryczne

Przedmowa do wydania drugiego Konwencje i ważniejsze oznaczenia... 13

BADANIE PROSTEGO ZJAWISKA PIEZOELEKTRYCZNEGO POMIAR NAPRĘśEŃ BADANIE ODWROTNEGO ZJAWISKA PIEZOELEKTRYCZNEGO METODĄ STATYCZNĄ. POMIAR MAŁYCH DEFORMACJI

Odp.: F e /F g = 1 2,

Linia dwuprzewodowa Obliczanie pojemności linii dwuprzewodowej

XLVI OLIMPIADA FIZYCZNA (1996/1997). Stopień III, zadanie doświadczalne D

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Elektrostatyczna energia potencjalna. Potencjał elektryczny

ZSME E. Karol Kalinowski kl. 1e 2010 / 2011

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 14 ZADANIA ZAMKNIĘTE

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

Zaznacz właściwą odpowiedź

Wykład 17 Izolatory i przewodniki

Wykład 2. POLE ELEKTROMEGNETYCZNE:

Kondensatory. Konstrukcja i właściwości

Wymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

46 POWTÓRKA 8 PRĄD STAŁY. Włodzimierz Wolczyński. Zadanie 1. Oblicz i wpisz do tabeli R 2 = 2 Ω R 4 = 2 Ω R 3 = 6 Ω. E r = 1 Ω U [V] I [A] P [W]

Wykład 2. POLE ELEKTROMEGNETYCZNE:

Wpływ przegrody izolacyjnej na wytrzymałość dielektryczną powietrza

Elektryczność i Magnetyzm

BADANIE PROSTEGO ZJAWISKA PIEZOELEKTRYCZNEGO POMIAR NAPRĘŻEŃ

Przewodniki w polu elektrycznym

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Elektryczność i magnetyzm

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści.

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

Ładunki elektryczne i siły ich wzajemnego oddziaływania. Pole elektryczne. Copyright by pleciuga@ o2.pl

PRZYKŁADOWY ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Rurkowe Indukcyjne Elementy Grzejne

Wytrzymałość układów uwarstwionych powietrze - dielektryk stały

Ćwiczenie 33. Kondensatory

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Badanie przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit np. wodę mineralną projekt uczniowski (D). Ireneusz Mańkowski

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 21 ELEKTROSTATYKA CZĘŚĆ 1. POLE CENTRALNE I JEDNORODNE

Badanie oleju izolacyjnego

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Lekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

PROGRAM INDYWIDUALNEGO TOKU NAUCZANIA DLA UCZNIÓW KLASY II

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

POLE ELEKTROSTATYCZNE

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Egzamin z fizyki Informatyka Stosowana

25P3 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III POZIOM PODSTAWOWY

symbol miernika amperomierz woltomierz omomierz watomierz mierzona

Obwodem elektrycznym nazywamy zespół połączonych ze sobą elementów, umożliwiający zamknięty obieg prądu.

Ładunek elektryczny ćwiczenia. 1. Rysunek przedstawia dwie jednakowe naelektryzowane kulki.

Linie sił pola elektrycznego

BADANIE PROCESÓW ŁADOWANIA I ROZŁADOWANIA KONDENSATORA

Zadania z elektromagnetyzmu

Wymagania edukacyjne: Elektrotechnika i elektronika. Klasa: 1Tc TECHNIK MECHATRONIK. Ilość godzin: 4. Wykonała: Beata Sedivy

1. Na ile kawałków (n) należy podzielić przewodnik o oporze R = 144, aby po ich równoległym połączeniu opór zastępczy wynosił r = 4?

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Pole elektrostatyczne

Transkrypt:

UKŁADY KONDENSATOROWE 3.1. Wyprowadzić wzory na: a) pojemność kondensatora sferycznego z izolacją jednorodną (ε), b) pojemność kondensatora sferycznego z izolacją warstwową (ε 1, ε 2 ) c) pojemność odosobnionej kuli metalowej, d) pojemność jednostkową (na jednostkę długości) kabla współosiowego z izolacją jednorodną (pojemność), e) pojemność jednostkową linii dwuprzewodowej (załoŝyć, Ŝe średnica przewodów jest znacznie mniejsza od odległości między przewodami). 3.2. Do płaskiego kondensatora powietrznego (ε 0 ) o odległości między okładkami d = 12 mm przyłoŝono napięcie U = 120 V. Określić stosunek natęŝenia pola w tym kondensatorze do natęŝenia pola (w powietrzu), jakie powstanie, gdy między okładki kondensatora wstawić równolegle do okładek: a) płytkę mikową o grubości A = 2 mm i przenikalności względnej ε r = 6, b) płytkę metalową o tej samej grubości. Wyznaczyć dla przypadków: a i b rozkłady potencjału i natęŝenia pola między okładkami. 3.3. Płaski kondensator stanowią dwie okładki metalowe odizolowane płytką szklaną (ε r = 4). Kondensator ten naładowano do napięcia U = 100 V. Jaka będzie róŝnica potencjałów między okładkami, jeśli wyciągnąć płytkę szklaną (uprzednio odłączając kondensator od źródła napięcia? 3.4 Wyprowadzić wzór na siłę, z jaką przyciągają się okładki kondensatora płaskiego. Obliczyć pracę przemieszczenia jednej z okładek o odległość x przy załoŝeniu: a) kondensator jest połączony ze źródłem (U = const), b) kondensator po naładowaniu został odłączony (Q = const). 3.5. Kondensator płaski naładowano i odłączono od źródła zasilania. Jak zmieni się energia kondensatora, jeśli: a) zwiększy się dwukrotnie odstęp między jego okładkami, b) przestrzeń między okładkami wypełni się olejem / ε r = 4 ε 0 /? 3.6. Wyznaczyć pojemność i energię kondensatora płaskiego z dielektrykiem trójwarstwowym o powierzchni okładziny S = 5 cm 2, grubościach warstw d 1 = 8 µm, d 2 = 10 µm i d 3 = 9 µm. Przenikalności względne poszczególnych warstw dielektryków wynoszą ε 1r =2 /polipropylen/, ε 2r = =2,5 /bibułka kondensatorowa/, ε 3r =3 /folia poliestrowa/. Obliczyć wartości natęŝeń pól w poszczególnych warstwach kondensatora przy napięciu U=230 V. 3.7. Sporządzić wykres natęŝenia pola elektrycznego i potencjału w funkcji odległości r od wewnętrznej okładki kondensatora cylindrycznego o promieniach okładki R 1 =2 cm, Copyright 1989-2005, Politechnika Wrocławska. All rights reserved. 1

R 2 =8 cm. Kondensator naładowano do napięcia U = 50 kv, a zewnętrzną okładzinę kondensatora uziemiono (V = O). 3.8. Promień elektrody zewnętrznej walcowego kondensatora wynosi R = 32mm. Dobrać tak promień r elektrody wewnętrznej, aby przy danym napięciu między elektrodami U = 110 kv natęŝenie pola przy wewnętrznej elektrodzie było najmniejsze (przy takich proporcjach promieni, otrzymuje się tzw. kabel o największej wytrzymałości). 3.9. Promień elektrody zewnętrznej walcowego kondensatora wynosi R = 32 mm. Dobrać tak promień r elektrody wewnętrznej, aby przy danej wytrzymałości dielektryka na przebicie E p = 160 kv/cm moŝna było zasilić kondensator największym napięciem bez uszkodzenia. Jakie to napięcie? 3.10. Narysować wykres zaleŝności napięcia przebicia kondensatora cylindrycznego od promienia wewnętrznej elektrody r. Promień elektrody zewnętrznej R = 6 cm, a największa lokalnie dopuszczalna wartość natęŝenia pola w kondensatorze wynosi 30 kv/cm. Analitycznie określić optymalną wartość r, która odpowiada maksymalnemu napięciu przebicia. Uwaga: napięcie przebicia elektrycznego jest to takie napięcie między okładkami kondensatora, przy którym natęŝenie pola w kondensatorze osiąga lokalnie największą dopuszczalną wartość. 3.11. Obliczyć pojemność kabla koncentrycznego dwuwarstwowego o danych: r 0 = 1 cm, r 1 =1,5 cm, r 2 = 3,0 cm, ε 1r = 2,5: ε 2r = 4: l=1 km.' 3.12. Wyprowadzić wzory i obliczyć pojemności kondensatorów sferycznych: a) dwuwarstwowego (rys a), b) dwuczęściowego (rys. b). Dane: r 0 = 20 mm, r 1 =25 mm, r 3 =40 mm, ε 1r = 2,5: ε 2r = 6. Copyright 1989-2005, Politechnika Wrocławska. All rights reserved. 2

3.13. Obliczyć grubość izolacji kondensatora cylindrycznego, jeŝeli promień wewnętrznej elektrody wynosi r = 5,1 cm a kondensator ma pracować przy napięciu równym 70 kv, jeŝeli maksymalne natęŝenie pola w kondensatorze ma być 3 razy mniejsze od wytrzymałości elektrycznej (E p = 120 kv/cm). 3.14. Bezpośrednim rachunkiem wykazać, Ŝe pojemność dwuwarstwowego kondensatora, płaskiego, kulistego i walcowego moŝna obliczać jako układ szeregowo połączonych kondensatorów z izolacją jednorodną. Wykorzystać fakt, Ŝe powierzchnia graniczna między warstwami jest ekwipotencjalna. 3.15. Okładki kondensatora płaskiego mają kształt kwadratu o boku a, odległość między nimi wynosi d. Do obszaru między okładkami zostaje wprowadzona kwadratowa, dielektryczna płytka o boku "a" i grubości "b". Płytka jest równoległa do okładek oraz równoległe są krawędzi płytki i okładek. Wyznaczyć siłę F, z jaką płytka jest wciągana. Napięcie kondensatora U, przenikalność płytki ε>ε 0. Przyjąć upraszczające załoŝenie, Ŝe linie pola między okładkami są prostoliniowe i Ŝe nie istnieje pole na zewnątrz elektrod (tzw. pole rozproszenia). 3.16. Dwa jednorodne prostopadłe pola E 1 = 3 10 5 V/m, E 2 = 4 10 5 V/m nałoŝono na siebie. Określić przestrzenną gęstość energii powstałego pola.'. 3.17 Kondensator walcowy ma dwuwarstwową izolację wewnętrzną ε 0, R 1 < r < R 2 i wewnętrzną: ε=2ε 0, R 2 < r < R 3. Jakie powinny być promienie R 1, R 2, R 3 aby energia zgromadzona w polu jednej i drugiej warstwy była jednakowa? 3.10. Pojemność układu dwóch kondensatorów połączonych równolegle wynosi 3,6 µf, a połączonych szeregowo 0,8 µf. Obliczyć a) pojemności poszczególnych kondensatorów, b) rozkład napięć i ładunków oraz energię przy połączeniu szeregowym, c) jak wyŝej, przy połączeniu równoległym. W obu przypadkach U = 90V. 3.19. Trzy kondensatory o pojemnościach C 1 = 1 µf, C 2 = 2 µf, C 3, = 3µF połączono szeregowo i załączono na napięcie 22 kv, a) określić napięcia na poszczególnych kondensatorach, b) jak zmienią się napięcia na C 1 i C 3, jeśli zewrzeć okładki kondensatora C 2? 3.20. Pięć kondensatorów o jednakowej pojemności C = 2 µf połączono jak na rysunku. Określić: a) napięcie U 0, b) zastępczą pojemność układu, c) energię, kaŝdego z kondensatorów, jeśli wiadomo, Ŝe U 4 = 200 V. Copyright 1989-2005, Politechnika Wrocławska. All rights reserved. 3

3.21. Celem zmierzenia napięcia 110 kv za pomocą woltomierza elektrostatycznego o napięciu znamionowym 10 kv zastosowano pojemnościowy dzielnik napięcia jak na rysunku. Obliczyć pojemność C 1 dwóch jednakowych kondensatorów dzielnika. Pojemność C 2 = 10-4 µf, C v =2 10-5 µf. 3.22. Przy jakim stosunku pojemności C 1, C 2, C 3 i C 4, wypadkowe (zastępcze) pojemności między zaciskami 1-2 i 1-3 będą sobie równe? Copyright 1989-2005, Politechnika Wrocławska. All rights reserved. 4

3.23. Trzy kondensatory o pojemnościach C 1 =8 µf, C 2 = 10 µf i C 3 = 20 µf połączono jak na rys. 3.23 i cały układ zasilono napięciem U = 400 V. Obliczyć napięcia i energie na poszczególnych kondensatorach. 3.24. Po włączeniu napięcia do układu (rys. 3.24) ładunek na kondensatorze C 4 wynosi 10-4 C. Obliczyć wartość przyłoŝonego napięcia U, jeŝeli C 1 = 10 µf, C 2 = 0,5 µf, C 3 = 0,5 µf, C 4 = 5 µf, C 5 = C 6 = 1 µf. 3.25. Dany jest tzw. "mostkowy" pojemnościowy dzielnik napięcia (rys. 3.25). Wyznaczyć napięcie U 2, jeŝeli dane są pojemności kondensatorów: C 1 = 0,5 µf, C 2 = C 3 = C 4 = 1 µf oraz napięcie U 1 = 2 kv. 3.26. Napięcia na dwóch naładowanych kondensatorach zmierzone za pomocą woltomierzy elektrostatycznych wynoszą odpowiednio: U 1 = 120V, U 2 = 40 V. Pojemności kondensatorów wynoszą: C 1 =2 µf, C 2 = 1 µf. Obliczyć energię układu naładowanych kondensatorów przed i po zamknięciu wyłącznika. 3.27. Obliczyć napięcia na poszczególnych kondensatorach przed i po zamknięciu wyłącznika (rys. 3.27), R 1 =10 10 Ω, R 1 =3 10 10 Ω C 1 =2µF, C 2 =3µF, U=300 V. Copyright 1989-2005, Politechnika Wrocławska. All rights reserved. 5