Конденсаторы

[Nikolay1]

Здравствуйте! В моем школьном учебнике написано: "При большей напряженности диэлектрик становится проводящим". Электроемкость конденсатора высчитывается по формуле: $\frac{q}{U}$ Но напряженность, создаваемая двумя пластинами, однородна. В чем смысл тогда этой формулы

[arseniiv]

В том, что эти вещи (пробой диэлектрика, определение ёмкости, однородность поля) никак не связаны.

Потом, однородным будет поле между двумя бесконечными равномерно заряжеными пластинами, а между конечными — только приближённо, и тем дальше от однородного, чем меньше отношение их размера к расстоянию между ними.

[Metford]

Какой урожайный вечер. Вот в соседней теме за задачу предложили расстреливать кучу народа (не без причины, конечно). Вот здесь тоже. Вместо того, чтобы сказать о пробое диэлектрика, подсовывать такую фразу...

Nikolay1 в сообщении #1197679 писал(а):

В чем смысл тогда этой формулы

Формула, которую Вы привели используется для определения взаимной ёмкости двух проводников - и только.

[Nikolay1]

Metford в сообщении #1197685 писал(а):

Какой урожайный вечер. Вот в соседней теме за задачу предложили расстреливать кучу народа (не без причины, конечно). Вот здесь тоже. Вместо того, чтобы сказать о пробое диэлектрика, подсовывать такую фразу...

Nikolay1 в сообщении #1197679 писал(а):

В чем смысл тогда этой формулы

Формула, которую Вы привели используется для определения взаимной ёмкости двух проводников - и только.

Не надо в меня стрелять, я еще только учусь Тогда как разряжаются конденсаторы? (как связана с этим явлением формула)
Вот еще одна моя проблема с пониманием (наверное... стоит задать еще один вопрос, стоит ли?):
Если в конденсатор вводят или выводят из него диэлектрик, или изменяют расстояние между его обкладками, не отключая от источника зарядов, то у такого конденсатора изменяются в следствие этих манипуляций емкость и заряд на обкладках, а напряжение остается неизменным и равным напряжению на полосах источника зарядов. Если же конденсатор сначала заряжают, а затем отключат от источника, после чего меняют диэлектрик между обкладками или изменяют расстояние между ними, то неизменным остается заряд на обкладках, а изменяются емкость конденсатора и напряжение на нем. Как это объяснить?

arseniiv в сообщении #1197680 писал(а):

В том, что эти вещи (пробой диэлектрика, определение ёмкости, однородность поля) никак не связаны.\

А что тогда включает определение емкости? В учебнике объяснено на примере явления пробоя диэлектрика...

[Metford]

Nikolay1 в сообщении #1197700 писал(а):

Не надо в меня стрелять, я еще только учусь

Да нет, в Вас никто не собирается стрелять А вопросы задавать, конечно, имеет смысл.

Nikolay1 в сообщении #1197700 писал(а):

Тогда как разряжаются конденсаторы? (как связана с этим явлением формула)

Разрядка конденсатора - вообще отдельная тема. Если конденсатор заряжен, но не включен в цепь, то заряды в идеальной ситуации так и будут оставаться на обкладках (в реальности есть ток утечки - но оставим его в покое сейчас). Если же включить конденсатор в цепь, то возникнет ток. Формула, о которой Вы говорите, при этом будет связывать напряжение на конденсаторе с зарядом на его обкладках в каждый момент времени.

Nikolay1 в сообщении #1197700 писал(а):

Если в конденсатор вводят или выводят из него диэлектрик, или изменяют расстояние между его обкладками, не отключая от источника зарядов, то у такого конденсатора изменяются в следствие этих манипуляций емкость и заряд на обкладках, а напряжение остается неизменным и равным напряжению на полосах источника зарядов. Если же конденсатор сначала заряжают, а затем отключат от источника, после чего меняют диэлектрик между обкладками или изменяют расстояние между ними, то неизменным остается заряд на обкладках, а изменяются емкость конденсатора и напряжение на нем. Как это объяснить?

А свои версии есть?

[Nikolay1]

Metford в сообщении #1197703 писал(а):

А свои версии есть?

В первом случае: напряжение постоянно (ведь у источника напряжение постоянно), остальное - не понятно..., но если понять... почему изменяется заряд, легко понять - почему изменяется емкость.
В втором случае: заряд от таких манипуляций не изменяется, емкость изменяется из-за изменения напряжения (между пластинами изменяют расстояния, а источника нет - поддерживать напряжение некому).

[Metford]

Nikolay1 в сообщении #1197710 писал(а):

емкость изменяется из-за изменения напряжения

Не нужно такого говорить. Ёмкость определяется параметрами системы проводников, ну и того, что там вокруг них/между ними.
Если конденсатор не включен в цепь, то по закону сохранения заряда никуда этот заряд не денется. Между тем, изменение параметров конденсатора приведёт к изменению ёмкости. А так как имеется вполне определённая связь ёмкости конденсатора, заряда на его обкладках и напряжения на нём, то напряжение при постоянном заряде должно измениться соответствующим образом.

И в первом случае напряжение, действительно, не меняется, потому что определяется источником, от которого конденсатор не отключили. Поменяли ёмкость, изменяя параметры конденсатора - должен измениться заряд на обкладках. Что и происходит, так как конденсатор включен в цепь, и заряду есть куда уйти.

[arseniiv]

Nikolay1 в сообщении #1197700 писал(а):

А что тогда включает определение емкости? В учебнике объяснено на примере явления пробоя диэлектрика...

Ну, вот эту формулу и включает вместе с расшифровкой того, какие величины в неё входят. Из этого уже будут выводиться разные следствия. Например, если подключить конденсаторы ёмкостей $C_1>C_2$ по отдельности к источникам одинакового напряжения $U$, их обкладки зарядятся до зарядов $q_1>q_2$, и потому эта величина и зовётся «ёмкость» — конденсатор с большей ёмкостью накопит больше.

Пробой диэлектрика — это уже физическое явление. Пробой возникает, действительно, когда напряжённость поля в диэлектрике превышает какую-то пороговую, в этом месте появляется куча свободных зарядов и, соответственно, сопротивление падает достаточно, чтобы можно было в это время называть его проводником. Как конкретно это происходит и будут ли необратимые последствия, когда величина поля понизится — уже зависит от типа диэлектрика. Если диэлектрик входит в состав конденсатора, лучше не допускать пробоя (который не произойдёт, если не превышать напряжение, указываемое обычно на самом конденсаторе), чтобы не повредить конденсатор и/или другие элементы схемы, в которую он входит, т. к. обычно рассчитывается на то, что через конденсатор будет проходить ничтожно малый ток.

[rustot]

Если конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения то при любых манипуляциях постоянным остается именно напряжение а заряд на пластинах будет меняться, именно источник постоянного напряжения и будет заниматься изменением величины заряда стремясь поддержать это самое постоянное напряжение

Если же конденсатор заряжен и отключен от внешних источников то постоянным остается заряд на его пластинах, а напряжение соответственно меняется при манипуляциях с его пластинами

[Евгений Машеров]

Понятие ёмкости относится к исправному конденсатору. Пробой - выход конденсатора из строя (один из способов). При пробое конденсатор перестаёт быть конденсатором, потому, что диэлектрик начинает проводить ток, и о ёмкости говорить невозможно.
В годы моего детства популярным техноразвлечением было подключить электролитический конденсатор к высокому напряжению, и он взрывался весьма эффектно. Другие типы конденсатора при превышении напряжения повредятся не столь впечатляюще, возможно, там ограничится прожжением дырочки в бумаге или слюде, но конденсатор у нас при этом всё равно умрёт. Впрочем, некоторые типы конденсаторов после прекращения подачи высокого напряжения самовосстановятся, скажем, воздушный, но если диэлектрик стал проводящим (не только под действием высокого напряжения, это может быть, скажем, ионизирующая радиация) - конденсатор неработоспособен.
Пробой не то, чтобы не был разрядом конденсатора, но обычно, когда говорят о разряде конденсатора, имеют в виду то, что к его обкладкам подключена некая цепь, и заряд стекает по ней (возможно, совершая полезную работу, скажем, в фотовспышке или установке электрогидравлического дробления, а возможно, цепь образована утечками несовершенной изоляции, и саморазряд конденсатора это плохо).

[EUgeneUS]

Евгений Машеров в сообщении #1198378 писал(а):

В годы моего детства популярным техноразвлечением было подключить электролитический конденсатор к высокому напряжению, и он взрывался весьма эффектно.

В годы моего детства электролитические конденсаторы взрывались не только (и даже не столько) от превышения допустимого напряжения, а из-за подключения к бытовой сети переменного тока.

[Евгений Машеров]

Вообще

(Оффтоп)

(поправляя фуражку прапорщика Ясненько, старшины роты капитана Очевидность)

конденсатор это устройство, накапливающее заряд при приложении напряжения. И чтобы работать не с грандиозной таблицей "при таком-то напряжении такой-то заряд", ввели понятие "ёмкость", и постановили, что она зависит от формы и материала конденсатора, но не от напряжения. Это позволяет, зная ёмкость и заряд, получать напряжение, зная ёмкость и напряжение, получать заряд, а если измерить заряд и напряжение - определить ёмкость. Постоянство ёмкости при изменении напряжения выполняется для обычных конденсаторов с высокой точностью, если напряжение не слишком велико, и ёмкость принимается постоянной. Однако есть конденсаторы, в которых ёмкость меняется при изменении напряжения (вариконды, где в качестве диэлектрика используется материал, диэлектрическая постоянная которого меняется при изменении напряжения, и варикапы, где меняется толщина обеднённого слоя p-n перехода). Они используются, как нелинейные элементы в схемах. Для основной же массы конденсаторов ёмкость в одинаковых условиях (в частности, при постоянной температуре - нагрев может влиять на характеристики диэлектрика) практически постоянна, так что если сказано "конденсатор" без уточнений - то постоянна.
Что касается задачи с переменным конденсатором, подключённым к источнику питания или не подключённым, и почему что-то при изменении ёмкости меняется, причём разное в этих двух случаях, то, поскольку за "полное решение задачи" здесь принято больно бить, и надо давать наводящие вопросы и подсказки, а также указывать на ошибки в своём решении, но не отвечать полностью, то начну с провокационного вопроса.
- Если, крутя ротор переменного конденсатора

можно поднять на нём напряжение, если он отключён от питания, или заряд, если подключён, то не получится ли Вечный Двигатель?

Но прежде чем готовиться принимать миллиарды от благодарного человечества, а также скрываться от киллеров, посланных нефтяными магнатами, можно заглянуть в ответы в конце, где сказано: "нет, нет, НЕТ!!!"
И тогда можно задуматься, откуда пришёл дополнительный заряд в одном случае и дополнительное напряжение в другом. А также кто произвёл ту энергию, которая увеличилась в конденсаторе после изменения его ёмкости.

[Евгений Машеров]

EUgeneUS в сообщении #1198381 писал(а):

В годы моего детства электролитические конденсаторы взрывались не только (и даже не столько) от превышения допустимого напряжения, а из-за подключения к бытовой сети переменного тока.

Ну, если цель именно взорвать - то так проще всего. Хотя неполярные "электролиты" существуют. Однако есть и более тонкое развлечение с конденсатором - зарядив его (от сети через диодную сборку), тыкать в одноклассников (одноклассниц - для гурманов). И вот если максимальное напряжение конденсатора, скажем, 20В, то в ходе зарядки он мог и хлопнуть...

[Евгений Машеров]

Уважаемый Munin высказал мне претензию по поводу фразы

Евгений Машеров в сообщении #1198378 писал(а):

При пробое конденсатор перестаёт быть конденсатором, потому, что диэлектрик начинает проводить ток, и о ёмкости говорить невозможно.

Он полагает, что её можно трактовать как "получившаяся после пробоя деталь никакой ёмкостью не обладает". Разумеется, ёмкость есть и у горелой железяки, и у человеческого тела. Имеется мной в виду, что подобная деталь уже не конденсатор, главная характеристика которого и есть ёмкость, что это, скорее всего, будет просто проводник или же резистор, в зависимости, каков был пробой, свойствами конденсатора бывший конденсатор уже не обладает и ёмкость его главной характеристикой не является.
И, разумеется, самоё свойство ёмкости связи с напряжением пробоя не имеет, это разные характеристики конденсатора.