Сферические конденсаторы

[Alastoros]

Интересно, продаются ли где-нибудь высокоемкие сферические конденсаторы (не ионисторы), а если нет, можно ли такой сделать в домашних условиях? Если использовать в качестве приближения развертку сферы, то обкладки можно сделать, а как приготовить слой диэлектрика? Сегнетову соль вроде можно купить, но там наверное мелкий порошок, а высокая проницаемость у нее только по определенной оси, значит сначала ее придется растворить, вырастить кристаллы и вырезать из них плоские пластины по форме развертки (или при этом высокая проницаемость потеряется?)?

[Dmitriy40]

Взять много-много SMD конденсаторов и спаять их в форме сферы (как из кирпичиков). При должном трудолюбии и затратах можно получить и десятки фарад (например из 100мкФ SMD типоразмера 1206 по 8р за штуку).

Размотать электролитический конденсатор (не уверен что не испортится) и пересобрать его в форме сферы.

Но основной вопрос: а зачем? И нельзя ли тот же эффект (полагаю что-то с экранированием) получить другим способом?

[Alastoros]

Требуется превзойти порог накопления электрического заряда для шарика диаметром $1$ см, в обычном случае из-за стекания заряда можно накопить только $\frac{{10}^{-7}}{3}$, а единственный способ предотвратить стекание заряда - уравновесить зарядом на внутренней сферической обкладке. Описанный Вами способ есть по сути параллельное соединение конденсаторов в один сферической формы, но если создавать его так, он получится очень большой, а надо не больше 2 см в диаметре.

[EUgeneUS]

Alastoros
Не знаю зачем Вам это нужно, но затея лишена смысла в любом случае.

1. Уединенную ёмкость это ухищрение не увеличит. Грубо говоря, если Вы не будете никуда подключать внешнюю сферу, то (уединенная) ёмкость внутренней сферы не вырастет больше, чем уединенная ёмкость внешней сферы.

2. Если нужна емкость, между обкладок - грубо говоря, если Вы будете подключать и внутреннюю, и внешнюю сферы, то это ничем не будет отличаться от любого другого конденсатора. Только пустое пространство внутри сфер будет занимать место.

-- 01.07.2020, 07:03 --

Alastoros в сообщении #1471483 писал(а):

Например я считал, какой будет заряд на сферическом конденсаторе диаметром 2 см, пусть диэлектрик это полиэтилен, пленка 0,1 мм, обкладки это фольга, тогда из электрической прочности полиэтилена 4,2e+7 максимальное напряжение для такого расстояния 8 кВ, тогда по емкости сферического конденсатора при напряжении 300 В заряд будет примерно 2e-6, а надо на 2 порядка больше, значит нужен диэлектрик с такой же электрической прочностью, но в 100 раз большей проницаемостью, чем у полиэтилена.

Цитата:

Юстас Алексу.

-- 01.07.2020, 07:27 --

Проверил выкладки.

1. Емкость сферического конденсатора, диаметром $2$ см, расстоянием между обкладками $0.1$ мм, заполненном полиэтиленом, у меня получилась $0.26 \text{мкФ}$
2. Если у Вас все числа в системе СИ, то у вас емкость получилась $C = \frac{q}{U} = \frac{2 \cdot 10^{-6}}{300} \approx 0.0067 \cdot 10^{-6} = 6.7 \cdot 10^{-9} = 6.7 \text{нФ}$

Кто-то ошибся.

[Dmitriy40]

Стесняюсь спросить, как из электрической прочности 42МВ/м получились 8кВ при толщине 0.1мм? Почему не 4.2кВ?

Если задача именно перетянуть заряды с внешней поверхности на внутреннюю (в зазор конденсатора), то большая ёмкость в общем-то и не нужна, можно компенсировать напряжением и сделать зазор с полиэтиленом 1мм, такое уже несложно изготовить.

[Alastoros]

EUgeneUS в сообщении #1471485 писал(а):

1. Уединенную ёмкость это ухищрение не увеличит. Грубо говоря, если Вы не будете никуда подключать внешнюю сферу, то (уединенная) ёмкость внутренней сферы не вырастет больше, чем уединенная ёмкость внешней сферы.

2. Если нужна емкость, между обкладок - грубо говоря, если Вы будете подключать и внутреннюю, и внешнюю сферы, то это ничем не будет отличаться от любого другого конденсатора. Только пустое пространство внутри сфер будет занимать место.

Нужна только внешняя сфера и ее электрический заряд, что внутри и какая энергия там накопится без разницы, задача в том, чтобы получить очень большой дипольный (или иной мультипольный) момент (диполь не элементарный) при ограничении сверху на расстояние между макроскопическими заряженными телами и на размер самих тел.

EUgeneUS в сообщении #1471485 писал(а):

Кто-то ошибся.

Вы правы, ошибся я.

[Emergency]

Неужели ТС хочет превратить пейнтбольный маркер в электрошокер?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Механика и Техника» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы/числа и текст, который зачем-то в них попал (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Механика и Техника»

[Alastoros]

Склоняюсь все-таки к сегнетовой соли, так как по ее прочности минимальное значение $7{\cdot}{{10}^6}$ В/м, как кто-то исследовал, если радиус внешней обкладки конденсатора $2$ см, внутренней $1,8$ см и $2$ мм займет сегнетова соль, то знаменатель с обратными радиусами будет равен $0,18$, максимальное напряжение $14$ кВ (пусть будет в интервале от $0$ до кВ), проницаемость вдоль кристаллографической оси A $10000$, тогда при подключении к генератору, выдающему кВ, будет заряд $2{\cdot}{{10}^{-4}}$ Кл. Но как же заставить ее ориентироваться нужным способом? Интересно, влияет ли электрическое поле на кристаллизацию сегнетовой соли, что будет, если сначала сделать такой конденсатор, засыпав слоем сегнетовой соли, а затем подключить электрическое поле, расплавить и кристаллизовать, не ориентирует ли поле кристаллизующуюся при охлаждении соль так, чтобы она была по оси A вдоль радиуса и была высокая проницаемость? А если сначала вырастить кристаллы соли и уложить один из них, крупный, правильным способом, тогда это будет аналог параллельного соединения конденсаторов, но если там будут воздушные промежутки, он может быть пробит (и пустоты надо засыпать обычными кристаллами сегнетовой соли?)?

А таких шариков надо очень много.

Emergency в сообщении #1471505 писал(а):

Неужели ТС хочет превратить пейнтбольный маркер в электрошокер?

Нет, это не будет электрошокер. Во-первых, стреляющие электрошокеры из оборота изъяты, во-вторых, электрошокер либо не эффективен, либо смертельно опасен для человеческой мишени.

[EUgeneUS]

Alastoros в сообщении #1471613 писал(а):

Нет, это не будет электрошокер.

А что это будет?

Alastoros в сообщении #1471501 писал(а):

Нужна только внешняя сфера и ее электрический заряд,

Тогда устройство внутри неё никакой роли не играет, а играет только её радиус и больше ничего.

[Alastoros]

EUgeneUS в сообщении #1471670 писал(а):

Тогда устройство внутри неё никакой роли не играет, а играет только её радиус и больше ничего.

А можно объяснить, почему то, что внутри, никакой роли не играет? Если $q = CU$, то большая емкость $C$ даст больший заряд $q$ при одном и том же напряжении между обкладками $U$.

EUgeneUS в сообщении #1471670 писал(а):

А что это будет?

Конкретно меня заинтересовала следующая фраза из "Краткого справочника по физике" Карякина - Быстрова - Киреева: "Поля, подобные полю диполя, образуются около полярных молекул, вокруг шаров искровых разрядников и т.п.", какое поле будет и будет ли вообще на некотором отдалении от шаров разрядников или шаров, с которых стекают электрические заряды, что получится, если не плавно повышать напряжение, которое подается на такую систему - тогда при достижении напряженности $3{\cdot}{{10}^6}$ начнется электрический разряд, - но сначала повысить напряжение и заодно емкость сферического конденсатора, и сразу намного проскочить порог накопления заряда для шара малого диаметра (заряд, который может быть накоплен до того, как начнется стекание заряда), каким будет электрическое поле (а поле диполя убывает быстрее, чем поле одного заряда) на расстоянии от такой системы? То есть задача сводится к тому, как создать электрическое поле диполя, которое было бы заметным и на некотором отдалении от источника (хотя бы $1$ метр), и чтобы вся система умещалась в дипломат.

[EUgeneUS]

Alastoros в сообщении #1471895 писал(а):

Если $q = CU$, то большая емкость $C$ даст больший заряд $q$ при одном и том же напряжении между обкладками $U$.

Вам нужно понять одну простую вещь. Есть ёмкость между обкладками, и есть т.н. уединенная ёмкость.
Это совершенно разные вещи.
Возьмем банальный электролитический конденсатор. Ёмкость между обкладками может достигать сотен тысяч микрофарад. А уединенная ёмкость обкладки будет не больше характерного размера конденсатора (в СГСГ, в которой ёмкость измеряется в сантиметрах).

Alastoros в сообщении #1471895 писал(а):

То есть задача сводится к тому, как создать электрическое поле диполя, которое было бы заметным и на некотором отдалении от источника (хотя бы $1$ метр), и чтобы вся система умещалась в дипломат.

Электрофорная машина вполне уместится в дипломат.

[Emergency]

Alastoros в сообщении #1471895 писал(а):

каким будет электрическое поле (а поле диполя убывает быстрее, чем поле одного заряда) на расстоянии от такой системы?

Электрическое поле определяется напряженностью, а не зарядом. Выгоднее уменьшать емкость, а не увеличивать, так как при этом потребуется меньший заряд для создания такой же напряженности. $U=q/C$

[Alastoros]

EUgeneUS в сообщении #1471901 писал(а):

Электрофорная машина вполне уместится в дипломат.

Разве там создается заметное поле? Видел картинку электрофорной машины, которую можно сделать дома, диаметр шарика там примерно $4$ мм, расстояние между шариками примерно $1,5$ см. Теперь, если посчитать, какой заряд мог бы накопить один шарик до стекания с него зарядов, получится всего лишь $5,33{\cdot}{{10}^{-9}}$ Кл. Или, если считать, какой заряд будет на шарике по пробойной напряженности, $3,75{\cdot}{{10}^{-8}}$ Кл. В результате, для рассматриваемого диполя на расстоянии $1$ м на экваторе напряженность будет всего лишь $5,0625$ В/м (да и то во втором варианте подсчета, до которого заряд может и не дорасти), тогда как надо как минимум $10^5$ В/м. Конечно, заряды стекают с шариков с какой-то скоростью, и если скорость поступления заряда на шарик будет выше, чем скорость утечки, большая напряженность может и будет достигнута, но все равно вряд ли как надо. Кроме того, эти электрофорные машины симметричны, а мне интересно создание не только диполя, но и трехполья с неравными по модулю зарядами.