Электрические цепи — Конденсаторы, часть 1 | Подготовка к MCAT по физике

Нужна помощь в подготовке к разделу физики MCAT? Эксперт MedSchoolCoach, Кен Тао, расскажет вам о первой части того, что нужно знать о конденсаторах в электрических цепях. Посмотрите это видео, чтобы узнать, как успешно сдать раздел физики на экзамене MCAT! Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из двух параллельных проводящих пластин, разделенных вакуумом или изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Конденсаторы способны накапливать заряд: одна пластина — положительный заряд, а другая — отрицательный. Элементом цепи для конденсатора на принципиальной схеме являются две параллельные линии одинаковой длины. Уравнение для количества заряда, которое может быть накоплено на конденсаторе, приведено ниже, где Q — заряд, C — емкость, а V — напряжение на конденсаторе. Напряжение на конденсаторе возникает потому, что одна пластина может накапливать положительный заряд, а другая — отрицательный, создавая разность потенциалов. Приведенное ниже уравнение показывает, что конденсатор с большей емкостью сможет накопить больше заряда, если к нему приложено большее напряжение. Конденсатор способен накапливать напряжение, которое может быть использовано для получения электрического тока. Следовательно, заряженный конденсатор может выполнять ту же функцию, что и батарея. Расчет потенциальной энергии, запасенной в конденсаторе, PE = ½QV, показан ниже. Уравнение можно перегруппировать, чтобы понять его через емкость, подставив в него Q = CV. Различные перегруппировки уравнения для потенциальной энергии конденсатора показаны ниже. Емкость Емкость описывает, сколько заряда может быть накоплено на конденсаторе при заданном напряжении. В уравнении Q = CV она действует как константа для данного конденсатора, поскольку чем больше заряда накоплено на двух пластинах, тем больше напряжение. Емкость конденсатора зависит от нескольких свойств, описываемых уравнением ниже. A — площадь одной из параллельных пластин, а d — расстояние между пластинами. κ — диэлектрическая постоянная, которая является множителем емкости и изменяется в зависимости от изоляционного материала между двумя пластинами. Для конденсаторов с диэлектриком, отличным от вакуума, вам будет дано значение каппа. Для вакуума значение κ равно 1. ε₀ — это константа, описывающая диэлектрическую проницаемость свободного пространства, которую вам не нужно знать для MCAT. Конденсаторы в цепи Как конденсаторы способны накапливать заряд в цепи? Если конденсатор подключен к батарее, он обладает некоторой емкостью (C) из-за напряжения, подаваемого батареей. Когда конденсатор еще не заполнен зарядом, Q = 0. Следовательно, до того, как цепь заработает и пластины заполнятся зарядом, заряд на конденсаторе равен нулю. Когда мы включаем батарею, электроны будут покидать отрицательный полюс батареи и двигаться по цепи, пока не достигнут нижней пластины конденсатора. По мере накопления электронов на нижней пластине конденсатора они будут отталкивать электроны на верхней пластине конденсатора, позволяя накапливаться положительному заряду на верхней пластине. По мере накопления противоположных зарядов на нижней и верхней пластинах конденсатора возникает разность потенциалов. Это накопление будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с напряжением батареи, после чего говорят, что конденсатор полностью заряжен. Максимальный заряд на конденсаторе в этот момент можно рассчитать, умножив емкость конденсатора на напряжение батареи/конденсатора. MEDSCHOOLCOACH Чтобы посмотреть больше видеоуроков по подготовке к MCAT, подобных этому, и получить доступ к планированию занятий, отслеживанию прогресса, карточкам для запоминания и банку вопросов, скачайте MCAT Prep от MedSchoolCoach Ссылка для iOS: https://play.google.com/store/apps/de... Ссылка для Apple: https://apps.apple.com/us/app/mcat-pr... #medschoolcoach #MCATprep #MCATstudytools