Процесс зарядки конденсатора

nky давайте в этом разделе рассмотрим все мои недочёты в размышлениях переправить что я не так предполагал- короче получить правильные знания

 

ну вот это например неправильно в корне. на левой пластине слева нолики (или очень очень в стопицот раз меньшие минусики) а справа минусики. на правой пластине слева плюсики а справа нолики. все избыточные заряды притягиваются друг к другу и потому собираются около щели, пытаясь соединиться, но диэлектрик не дает

в чем суть такой конструкции по стравнению с обкладками разнесенными в пространстве. возьмем точку подключения провода к левой обкладке. потенциал на ней создается суммой величин q/r от каждого нарисованного минусика или плюсика. плюсуем все -q/r от каждого минусика с учетом расстояния и получаем большой отрицательный потенциал. но видим что рядом с каждым минусиком с малюсеньким зазором расположены плюсики второй обкладки, плюсуем и их +q/r с учетом расстояния. Видим что на каждый -q/r приходится свой +q/(r+0.00001), то есть отрицательный потенциал провода почти целиком гасится положительными зарядиками второй обкладки. вот насколько это 'почти' мало и определяет насколько большая емкость у конденсатора. если же обкладки разнести в пространстве то отрицательный потенциал будет формироваться только из суммы -q/r да при том эти минусики перестав притягиваться плюсиками второй обкладки растекутся по всему проводу, то есть r уменьшится

то есть конденсатор это устройство для уменьшения потенциалов при том же заряде, устройсто накопления зарядов. а не устройство накопления энергии зарядов, тот же заряд помещенный в маленькую емкость накопит гораздо больше энергии

 

А в чём заключается процесс удержания поступивших,"излишних"зарядов на проводник- ведь там "своих"достаточно?

 

Весь фокус в том, что в проводнике подвижны заряды строго одного знака, а заряды другого знака жестко закреплены на своих местах. Что произойдет если избыточный электрон выталкиваемый другими избыточными электронами, приподнимется над поверхностью? Нейтральная часть проводника, в которой протоны поровну перемешаны с электронами по идее на него никак не действует, а значит по третьему закону ньютона и он никак не действует на нейтральную часть проводника. Так, да не совсем так. Он не действует на проводник в целом, но при этом отталкивает электроны и притягивает протоны, сумма то нулевая но разложена на две неравноценные силы. На протоны эта сила не повлияет, поскольку они зафиксированы, а вот электроны оттолкнет от поверхности. Получится слоеный пирог, над поверхностью повисли вытолкнутые избыточные электроны, на поверхности остался слой оголеных протонов, а под поверхностью избыток электронов, которых отодвинули от поверхности вытолкнутые электроны. В итоге на вытолкнутые электроны притягивающая сила поверхностных протонов действует сильнее чем отталкивающая от отодвинутых вглубь электронов. В целом нейтральная часть проводника превращается в диполь, у которого суммарного заряда нет а притягивающая сила есть.

Это все конечно утрировано, насчет 'над поверхностью', 'отодвинуты вглубь', речь на самом деле идет о микроскопических подвижках, один на триллион поверхностных электронов избыточен и пытается покинуть поверхность, остальной триллион лишь чуть меняет свое среднестатистическое положение относительно ядер атомов, в виде картинки в масштабе вы бы этой подвижки не заметили. 'над поверхностью' то же самое, не висят они с зазором над поверхностью а чуть сдвинуты от ядер в другую сторону (речь не об облаке тепловой эмиссии, там реально электроны среднестатистически на большом расстоянии от проводника). а если еще точнее, то и не висят они нигде, а находятся в непрерывном хаотичном тепловом движении. и описанное все касается не конкретного избыточного электрона и остальных отодвинутых, а изменения среднестатистической концентрации этих самых мечущихся электронов в разных слоях



вот такая система находится в равновесии. в ней 7 и 8 (!) электронов избыточны а все равно не могут покинуть систему. потому-что протон тянет с силой q*4q/R^2, а подповерхностные электроны притягивают с силой 4q*4q/(2R)^2, очевидно что силы эти равны

 

Хорошо,спасибо за ответ- достаточно полный и понятный!
Теперь такой момент проводник тот же но охлаждён до 0 градусов по Фаренгейту(-273 Цельсия).
Вроде бы прекращается лишняя "движуха" тепловая в проводнике и вот вносим опять заряд на этот проводник как вся картина будет выглядеть в этом случае?

 

вот тогда она и будет такой как я описал вначале, не хаотичным движением с зонами разной статистической концентрации, а именно одни 'подвиснут' одни чуть выше крайнего слоя протонов, а другие чуть ниже. по сути то же самое, но более наглядно. тепловое облако вообще исчезнет

 

Понятно, но существует некий предел когда или удалённость достигнет максимума или концентрация будет критической и тогда заряды решат-"всё хватит пора в путь" и полетят оторвавшись от проводника- не так ли?

 

естественно при какой-то напряженности поля, созданной избыточным зарядом, либо электроны начнут эмиттировать даже при 0 градусов либо отрываться куски кристаллической решетки при положительном заряде. правда мы с такими напряженностями дела не имеем, если эмиссия есть то только за счет теплового движения, когда один из особо быстрых (горячих) электронов преодолевает приповерхностный барьер по инерции. если проводник нейтрален, то как бы далеко по инерции он не улетел, все равно вернется обратно, ведь оставленный им проводник стал положительным. а вот если есть выталкивающее поле, то сможет улететь навсегда

 

nky Есть ещё один момент чуть его не забыл спросить - вот смотрите раз у нас зарядка конденсатора представляет из себя приход излишних электрончиков значит....как я понимаю если взять конденсатор -достаточно большой ёмкости и положить его на сверх точные весы- свешать и потом зарядив этот кондёр по "полной" снова взвесить на сверх точных весах и получим пусть и ничтожную но разницу-это так?

 

нет, суммарный заряд конденсатора нулевой, сколько на одной обкладке лишних, столько же на другой недостающих

 

А ,ну да я опять это не учёл...А вот на сферическом конденсаторе?

 

на сферическом масса вырастет. 2см шарик зарядить до миллиона вольт, он приобретет заряд 1 микрокулон. отношение массы электрона к его заряду 5.7 нанограмм на кулон, значит прибавится или убавится 5.7 фемтограмм массы

 

Хорошо теперь становится как то более понятно.
Скажите nky - вот возьмём мы заряд- то есть электрон- его свойство считаются неизменными и поэтому 1 электрон считается 1 штука заряда(как бы так)- а электрон может быть с меньшим или большим свойством заряда- ну как носитель?
Или такого не было за ним замечено?

 

электрон и вычислили по изменению заряда всегда одинаковыми порциями, без промежуточных значений. заряд электрона довольно большая величина, так что это стало возможно еще до всяких ускорителей. в поле мегавольт на метр (а это немного, всего 1000в между пластинами в 1мм) на электрон действует сила 16 пикограмм, что достаточно, чтобы заметить дискретность сил на заряженых пылинках массой в нанограмм

 

То есть электрон неделим?
А вот допустим есть же частицы меньше чем электрон и они являясь частицами входят во взаимодействие с другими частицами опять же посредством полей то есть у них есть тоже какой то заряд?

 

электрон пока что считается бесструктурным и неделимым. других частиц с электрическим зарядом кроме электрона и протона (и их анти- пар) я не знаю. в стандартной модели есть там всякие мюоны, но я туда не лезу, это больше математические абстракции чем то чем можно реально зарядить проводник

 

Позволите вмешаться?
Давайте, для начала, поймем следующее:
1. Заряд со знаком "+" и заряд со знаком "-" придумал человек. Это некая абстракция.
2. Далее... ВСПОМНИМ, что ,НА САМОМ ДЕЛЕ, "ток течет" ("заряды перемещаются") не от + к -, а наоборот. Есть лишь один носитель заряда- электрон. И есть дырка. пустота. вакуум. ничто.
Обратное понятие принято за норму лишь для простоты понимания. Это абстракция. Так ПРОЩЕ формулу объяснить и в учебник записать. Если обратиться к более развернутым теориям электротехники-электроники (и книжки для НИИ всяких есть), то там мы встретим утверждение (1).
3. Ввиду вышеизложенного: мы привыкли передавать по проводам не НЕЧТО (не заряд), а отсутствие ЧЕГО-ЛИБО. Пустоту. Вакуум. Возможно, в этом и есть какой то смысл; возможно это более эффективно. Ведь заряд стремится рассеяться... А пустота? Она индифферентна. Ей всё равно. Проведите на досуге эксперимент: Два одинаковых бытовых термоса. В один налейте кипяток. В другой положите сливочное мороженое. Подождите часов 8-10. Откройте оба. С сожалением вылейте из одного остывшую воду. С удовольствием съешьте по-прежнему холодное мороженое из другого. Проверял...
4. Наиболее доступно можно объяснить то, что мы имеем сейчас в каждой квартире, следующим образом: <a class="postlink" href="http://gidrostarproject.ru/katalog/11/88/" onclick="window.open(this.href);return false;">http://gidrostarproject.ru/katalog/11/88/</a> Надеюсь, понятная аналогия...
5. Когда меня в очередной раз бьет током........ На самом деле, это я бью ток Это он отнимает заряды из меня. Визуальная аналогия- сильно ударьте кулаком в стену- вроде бы люлей отхватила стена, а больно вам!


Заряд занимает ВСЁ доступное ему пространство. И как ?электромагнитное? (ставлю под сомнение этот термин) поле стремится "спрятаться" в область пространства с более высокой магнитной проницаемостью (феррит относительно воздуха), так и заряды прячутся в провода... обкладки... И вот КОГДА ОБКЛАДКИ ПРИБЛИЖАЮТСЯ на расстояние, достаточное для взаимодействия, возникает ПОЛЕ. Оно просто возникает и всё... Это побочный эффект, а не причина.

С ответами всё. Теперь вопрос:
ВЧ ВВ схема. Питание постоянкой. + и -. Не заземлена. ОДНОПОЛЯРНЫЕ импульсы. К ВВ точке одним выводом подключен кондёр. Второй- в воздухе. Снимаю осциллографом эпюры с ВВ точки и второго вывода кондёра. "-" щупа на "-" схемы. Осциллограммы ИДЕНТИЧНЫ!!! На обоих обкладках одинаковый знак заряда!!! ???????????

 

в металлах положительный заряд, протон, завязан в кристаллическую решетку, потому неподвижен и в токе не учавствует. в жидкостях и газах - учавствует в токе наравне с электроном, там принятое направление тока совпадает с направлением положительных ионов и противонаправлено движению отрицательных ионов или электронов. так что положительный заряд это никакая не абстракция, именно протоны формируют положительный потенциал проводника когда его покидает часть электронов.

направление тока выбрано совершенно произвольно, можно было его выбрать по направлению движения положительных зарядов а можно было по направлению движения отрицательных, пофиг совершенно, ни на что не влияет, лишь бы все понимали какое именно направление выбрано всеми как общепринятое положительное. когда выбирали то еще не знали что отрицательные заряды чаще подвижные чем положительные

на кондере осциллографом вы измеряете не заряд, а потенциал. потенциал любого проводника складывается из его собственного заряда U=q1*C1 (С1 - собственная емкость проводника 1) плюс потенциалы наведенные зарядами на всех других проводниках q2*C21+q3*C31+... (C21 - взаимная емкость проводников 1 и 2), так что проводник свободно может обладать потенциалом не имея заряда или обладать потенциалом одного знака при собственном заряде другого знака. в конденсаторе C1 и C21 почти равны, допустим 1пф и 0.99999пф. если бы не это "почти" то конденсатор обладал бы бесконечной емкостью

 

Так куда ушли электроны, когда покинули проводник?

А вот это для меня новость... :fp: Т.е., Вы хотите сказать, что зарядив конденсатор до 10 В и померив "потенциал" относительно земли мультиметром, я увижу +10 В на обоих концах?!

про потенциал в "10 вольт" между "0 и - 10 вольт" всё понятно. Но прибор-то показывает не только потенциал, но и его полярность относительно точки отсчета!

 

относительно земли вы можете намерить например +1000 на одном конце и +1010 на другом. а если после этого поднесете к нему (не касаясь!) заряженую расческу, то на одном будет -500 а на другом -490. несмотря на то, что заряд обкладок не меняется. "заряд проводника" это то что в нем реально находится, а "потенциал проводника" это то как на него влияют все заряды в мире, не только те что внутри него.

когда речь о напряжениях внутри электрической схемы, то имеется в виду напряжение _относительно_ какого-то произвольного провода, которому условно присвоили 0. на самом деле относительно земли этот провод может иметь +10000 вольт и на работу схемы это никак не влияет, в ней важны только разности потенциалов а не их абсолютные значения