7.6. Конденсаторы
7.6.3. Изменение электроемкости конденсатора и батареи конденсаторов
Емкость конденсатора можно изменить, увеличивая или уменьшая расстояние между его обкладками, заменяя диэлектрик в пространстве между ними и т.п. При этом определяющим оказывается, отключен или подключен конденсатор к источнику напряжения.
Постоянные потери слуха вызывают очень короткие сигналы, но также менее громкие, но подвергаются воздействию в течение длительного времени. Шум 85 дБ в течение 8 часов считается безопасным. 88 дБ в течение 4 часов, 91 дБ в течение 2 часов и 100 дБ в течение 15 минут.
Децибел. Огромный диапазон интенсивности звука, с которым мы сталкиваемся ежедневно, делает невозможным использование линейной шкалы для сравнения объема различных звуков. Воспринимаемое слуховое ощущение приблизительно пропорционально логарифму возбуждения. Это большой блок, поэтому используется единица в десять раз меньше - децибел. Разница в интенсивности, полученная нашим слухом, может достигать 130 дБ. Уровни мощности, напряжения, токи давления и акустические скорости также могут быть указаны в децибелах.
Если конденсатор (или батарея конденсаторов):
- подключен к источнику напряжения, то разность потенциалов (напряжение) между обкладками конденсатора сохраняется неизменной и равной напряжению на полюсах источника:
U = const;
- отключен от источника напряжения, то заряд на обкладках конденсатора остается неизменным:
Q = const.
Логарифмическая мера говорит нам, что повышение некоторого значения на 3 децибела в абсолютном масштабе дает нам двойное изменение этого значения, а разница в 20 дБ дает абсолютное 100-кратное изменение стоимости. Человек начинает слышать звук только с определенного значения уровня звукового давления. На основе исследования были построены статистические кривые нашей чувствительности к слуху в зависимости от частоты звуков. Уровень звукового давления, при котором уш начинает слышать звук, различен для разных частот.
Наиболее чувствительным является слух для тона около 4 кГц. Для тонов с разной частотой порог чувствительности, от которого мы начинаем слышать что-либо, отличается. На графике видно, что для прослушивания тона, например 100 Гц, уровень звукового давления должен быть на 35 дБ выше, чем для тона 1 кГц, для которого уровень звукового давления равен 0 дБ. То же самое верно и с верхним пределом слышимости, когда слуховое ощущение меняется в боль. Полоса пропускания, слышимая людьми, может быть разделена на три части.
При соединении между собой одноименных обкладок двух заряженных конденсаторов имеет место их параллельное соединение .
U = Q общ C общ,
где Q общ - заряд батареи конденсаторов; C общ - электроемкость батареи;
C общ = C 1 + C 2 ,
где С 1 - электроемкость первого конденсатора; С 2 - электроемкость второго конденсатора;
Акустические колебания от 16 Гц до 300 Гц определяются как низкие тона. Многие люди испытывают трудности с различием звуков, но большинство из нас может легко справиться с этим. Музыканты или те, кто наделен слухом, могут даже определить музыкальный интервал, т.е. расстояние между ними. И у немногих есть возможность мгновенно распознать высоту звука. Если они музыкально образованы, они знают, что это, например, это редкое умение называется абсолютным слухом. Это врожденная черта, она не может быть приобретена.
Некоторые музыканты могут определять высоту звука, но чаще всего это умение, которое применяется к инструменту, в котором они играют. Скрипач может определить высоту скрипки, но ему будет сложно определить тон фортепиано. Нам не нужно беспокоиться об отсутствии той или иной функции. Давайте послушаем музыку для удовольствия, и наша музыкальная чувствительность будет развиваться со временем. Бетховен терял слух с 27-летнего возраста, но, несмотря на свою инвалидность, написал несколько блестящих произведений.
- общий заряд
Q общ = Q 1 + Q 2 ,
При соединении между собой разноименных обкладок двух заряженных конденсаторов имеет место (как и в случае соединения одноименных обкладок) их параллельное соединение .
Параметры такой батареи конденсаторов вычисляются следующим образом:
- напряжение на батарее конденсаторов
U = Q общ C общ,
Нам нужна только радость от прослушивания. Чтобы получить соответствующую акустическую атмосферу комнаты, специалисты создают их в соответствии с принципами акустики. Уже на стадии проектирования он получает правильную форму, а затем использует такие материалы и отделочные элементы, которые позволяют ему достичь желаемых эффектов. Мало кто из нас имеет возможность построить или серьезно воссоздать комнату и использовать дорогие системы для улучшения акустики комнаты. В большинстве случаев нет необходимости, потому что многие комнаты, в которых мы слушаем музыку, имеют неплохую акустику, так что для удовлетворения эффектов достаточно настроить динамики и небольшую коррекцию в мебели.
где Q общ - заряд батареи конденсаторов; C общ - емкость батареи;
- электроемкость батареи конденсаторов
C общ = C 1 + C 2 ,
где C 1 - электроемкость первого конденсатора; C 2 - электроемкость второго конденсатора;
- общий заряд
Q общ = |Q 1 − Q 2 |,
где Q 1 - начальный заряд первого конденсатора, Q 1 = C 1 U 1 ; U 1 - напряжение (разность потенциалов) между обкладками первого конденсатора до соединения; Q 2 - начальный заряд второго конденсатора, Q 2 = C 2 U 2 ; U 2 - напряжение (разность потенциалов) между обкладками второго конденсатора до соединения.
Чтобы улучшить акустику «сложных» комнат или когда мы хотим добиться отличных результатов, мы можем применять соответствующие «акустические структуры», то есть элементы, которые в зависимости от их конструкции предназначены для поглощения или рассеивания звуковой волны. Некоторые конструкции объединяют обе функции одновременно.
Есть много компаний, которые производят акустические системы. Они используют свои собственные решения и разные названия компаний одной и той же системы. Некоторые из этих имен были приняты и функционируют среди аудиофилов в качестве общего имени. Самый простой способ поглощения - это высокие тона, самые сложные. Достаточно средней для слегка «пушистой» поверхности нашего дивана, ковра или даже большого цветка. Чтобы поглотить самые низкие тона, мы должны использовать очень толстый слой абсорбирующего материала или даже специальные басовые ловушки.
Пример 17. Два конденсатора одинаковой электроемкости заряжены до разности потенциалов 120 и 240 В соответственно, а затем соединены одноименно заряженными пластинами. Какова станет разность потенциалов между обкладками конденсаторов после указанного соединения?
Решение . До соединения одноименных пластин конденсаторов каждый из них обладал зарядом:
В акустической системе используются два поглощающих материала: минеральная вата различных сортов и открытая пористая полиуретановая губка. Материал из минеральной ваты обрамлен в другой размер рамы и покрыт проницаемым для холста звуком. Поверхность может быть плоской или выпуклой, что еще больше отвлекает звуковую волну. С другой стороны, полиуретановая губка разрезается на различные размеры с различной поверхностью, например, с пирамидами, волнами и разломами. Разнообразная поверхность дополнительно рассеивает звук.
Как мы можем видеть, это не сложные конструкции, мы можем легко сделать их самими, по крайней мере, с минеральной ватой. Затухание низких тонов Звуковая волна ниже 300 Гц поглощается в малой степени элементами комнатного оборудования. Чтобы поглотить его, вам нужно использовать специальную конструкцию «басовых ловушек», называемую английской «басовой ловушкой». Обычно резонатор имеет конструкцию и внешний вид корпуса сабвуфера с одним или несколькими отверстиями для басового рефлекса, настроенными на частоту ослабления.
- первый конденсатор -
- второй конденсатор -
При соединении одноименных обкладок получим параллельное соединение конденсаторов. Разность потенциалов между обкладками батареи конденсаторов определяется формулой
U = Q общ C общ,
Общий заряд батареи двух конденсаторов, полученной соединением их одноименных обкладок, определяется суммой зарядов каждого из них:
Он помещается в углах комнаты за слушателем, где есть стрелки низкочастотных стоячих волн. Это единственная конструкция, которая позволяет точно бороться с очень низкой, определенной частотой звуков. Резонаторы Гельмгольца относительно легко делать дома. Размеры и настройка выполняются по тому же принципу, что и при построении громкоговорителей или сабвуфера. Страницу «Рассчитайте бас-ловушку» или просмотрите Интернет. Поглотители пластин - структура напоминает довольно плоскую коробку с определенной мощностью, в которой одна стенка является мембраной.
Q общ = Q 1 + Q 2 ,
U = Q общ C общ = Q 1 + Q 2 2 C = C U 1 + C U 2 2 C = U 1 + U 2 2 .
Вычислим:
U = 120 + 240 2 = 180 В.
Разность потенциалов между обкладками конденсаторов после указанного соединения составит 180 В.
Пример 18. Два одинаковых плоских конденсатора заряжены до разности потенциалов 200 и 300 В. Определить разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения их разноименных обкладок.
В зависимости от веса и поверхности мембраны, емкость ящика и тип заполнения, различные частоты могут быть подавлены. В отличие от резонаторов Гельмгольца, они работают относительно широкополосные и не могут быть настроены на определенную частоту. Они размещаются на стене за динамиками или за слушателем. Потоковые «поглотители». Это своего рода коробка или трубка, открытая с обоих концов. Отверстия ослеплены различной толщиной с материалами с открытыми порами. Внутренняя часть коробки заполнена демпфирующим материалом.
Работа относительно широкополосная и не может быть настроена на определенную частоту. Они размещаются в углах комнаты за слушателем. Рассеяние рассеяния - это уменьшение или устранение отражений звуковых волн от больших поверхностей. Без правильной диссипации слушатель получит очень четкие индивидуальные отражения, иногда даже вызывая эхо. Рассеивающие элементы располагаются на боковых стенках, а даже потолок, вместо первых отражений, а также за колоннами, иногда в углах комнаты. Наиболее известным дистиллятором является штамп с яйцом, расположенный на стене или потолке.
Решение . До соединения разноименных пластин конденсаторов каждый из них обладал зарядом:
- первый конденсатор -
Q 1 = C 1 U 1 = CU 1 ,
где C 1 - электроемкость первого конденсатора, C 1 = C ; U 1 - разность потенциалов между обкладками первого конденсатора;
- второй конденсатор -
Q 2 = C 2 U 2 = CU 2 ,
где C 2 - электроемкость второго конденсатора, C 2 = C ; U 2 - разность потенциалов между обкладками второго конденсатора.
Более профессионалы построены из губки с разнообразной поверхностью, а также в виде полуцилиндра, что отлично прерывает непрерывность звуковой волны. Они также построены на основе деревянной конструкции, заполнены соответствующим демпфирующим материалом и покрыты холстом, а внешняя форма отражает и отвлекает волну. Это относительно простые и недорогие акустические элементы. Это что-то даст?
В профессиональных исследованиях используются многие типы систем, как диссипативные, так и демпфирующие. Использует ли их у себя дома смысл? Да, если мы используем их правильно. Если в комнате есть надлежащим образом устроенная мебель и другие предметы, их использование может быть ненужным, или достаточно только тех, которые нам не хватает для достижения определенных эффектов. Но если у нас есть почти пустая комната с явным, долгим временем реверберации, с быстро развивающимся басом, использование политических систем - единственный способ улучшить акустику.
При соединении разноименных обкладок получаем параллельное соединение конденсаторов. Разность потенциалов между обкладками батареи конденсаторов определяется формулой
U = Q общ C общ,
где Q общ - общий заряд батареи; C общ - общая электроемкость батареи.
Общий заряд батареи двух конденсаторов, полученной соединением их разноименных обкладок, определяется модулем разности зарядов каждого из них:
Воздействие использования акустических элементов очень легко заметно слышно, а также измеряется с помощью соответствующих инструментов. Измерения показывают значительное уменьшение времени реверберации и небольшое уменьшение объема из-за меньшей доли отраженных волн. При использовании басовых ловушек качество низких тонов улучшается, характерное урчание, возникающее в результате волновых помех, исчезает. Затухание комнаты вызывает значительное снижение уровня фонового шума, благодаря чему условия прослушивания значительно улучшатся.
Q общ = |Q 1 − Q 2 |,
а общая электроемкость батареи двух одинаковых конденсаторов, соединенных параллельно, -
C общ = C 1 + C 2 = 2C .
Следовательно, разность потенциалов между обкладками батареи определяется выражением
U = Q общ C общ = | Q 1 − Q 2 | 2 C = | C U 1 − C U 2 | 2 C = | U 1 − U 2 | 2 .
Вычислим:
U = | 200 − 300 | 2 = 50 В.
Разрешение будет улучшаться, каждая заметка будет звучать до тех пор, пока она должна, благодаря чему звук станет более прозрачным, мы услышим все, что записывал инженер-носитель на диск. Звуковая сцена станет более выразительной, и музыканты станут более ощутимыми. Производители политических систем гарантируют, что надлежащее применение приносит большее улучшение прослушиваемой музыке, чем обмен аудиоаппаратурой в лучшую сторону. Для этого это делается по более низкой цене. Никакой чертеж - в комнате, вероятно, не применялись все возможные акустические системы.
Разность потенциалов между обкладками конденсаторов после указанного соединения составит 50 В.
Пример 19. Плоский воздушный конденсатор заряжен до 180 В и отключен от источника напряжения. В пространство между его обкладками, параллельно им, вводят незаряженную металлическую пластину, толщина которой в 3 раза меньше расстояния между обкладками. Считая, что металлическая пластина расположена симметрично относительно обкладок конденсатора, определить разность потенциалов, которая установится между ними.
Они не занимают всю высоту комнаты, а только пояс шириной около 1 м на высоте наших ушей. Яркие, более мелкие четверть-тоны в углах - это «подушки» демпфирующего материала в углах под потолком. Многие пользователи аудио-комплектов испытывали неприятный сюрприз, когда, слушая музыку, громкоговорители, обычно высокочастотные, внезапно «выгорают». Это случается с молодыми людьми, которые любят слушать громкую музыку с приглушенными басами и высокими частотами. Перегрев динамиков. Динамики для домашнего использования имеют различную характеристику нагрузки, чем профессиональные колонки.
Решение . При помещении металлической пластины в плоский конденсатор так, как показано на рисунке, свободные электроны в металле перераспределяются:
- плоскость, обращенная к положительно заряженной обкладке конденсатора, получает избыток электронов и заряжается отрицательным зарядом q 1 = −q ;
- плоскость, обращенная к отрицательно заряженной обкладке конденсатора, имеет недостаток электронов и заряжается положительным зарядом q 2 = +q .
В результате перераспределения заряда пластина остается нейтральной:
Они не приспособлены к длительным, громким играм. Деактивация - это искаженный сигнал с высокой амплитудой и мощностью, генерируемый усилителем. Если источник подает больше напряжения на вход усилителя, чем рекомендует производитель, даже при небольшом разгоне звук в громкоговорителях очень искажен. Каждый усилитель дает полную мощность в определенном положении ручки потенциометра. Однако мы должны помнить, что потенциометр не является регулятором мощности усилителя, а регулятором громкости прослушиваемой музыки.
Мощность, данная усилителем в данный момент, зависит от типа музыки. Громкое прослушивание тихих частей песни не приводит к тому, что усилитель дает высокую мощность, а энергичная, мощная музыка может легко вызвать перегрузку, т.е. дать большую, мгновенную мощность громкоговорителям и, следовательно, раздутому динамику. Как это ни парадоксально, чем слабее усилитель, тем легче перегружать его. Если мы подключаем громкоговорители, например, усилителем мощностью 100 Вт мощностью 30 Вт, то для достижения большего объема мы «разгоняем» потенциометр максимум.
Q = q 1 + q 2 = −q + q = 0.
Перераспределение заряда в металлической пластине приводит к образованию батареи двух конденсаторов:
- положительно заряженная обкладка конденсатора и отрицательно заряженная плоскость металлической пластины имеют одинаковые по модулю заряды противоположного знака; они могут рассматриваться как конденсатор с электроемкостью
C 1 = ε 0 S d 1 ,
где ε 0 - электрическая постоянная, ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12 Кл 2 /(Н ⋅ м 2); S - площадь обкладки конденсатора; d 1 - расстояние между положительно заряженной обкладкой конденсатора и отрицательно заряженной плоскостью металлической пластины;
- отрицательно заряженная обкладка конденсатора и положительно заряженная плоскость металлической пластины также имеют одинаковые по модулю заряды противоположного знака; они могут рассматриваться как конденсатор с электроемкостью
C 2 = ε 0 S d 2 ,
где d 2 - расстояние между отрицательно заряженной обкладкой конденсатора и положительно заряженной плоскостью металлической пластины.
Оба конденсатора имеют одинаковые заряды и образуют последовательное соединение. Электроемкость батареи двух конденсаторов при последовательном соединении определяется формулой
1 C общ = 1 C 1 + 1 C 2 , или C общ = C 1 C 2 C 1 + C 2 .
При симметричном расположении пластины в пространстве между обкладками конденсатора (d 1 = d 2 = d ) электроемкости конденсаторов одинаковы:
C 1 = C 2 = ε 0 S d ,
общая электроемкость батареи задается выражением
C общ = C 1 C 2 C 1 + C 2 = C 2 = ε 0 S 2 d ,
где d = (d 0 − a )/2; d 0 - расстояние между обкладками конденсатора до введения пластины; a - толщина металлической пластины.
Разность потенциалов между обкладками батареи
U = Q общ C общ = 2 d q ε 0 S = q (d 0 − a) ε 0 S ,
где Q общ - заряд батареи последовательно соединенных конденсаторов, Q общ = q .
Первоначальная разность потенциалов определяется формулой
U 0 = Q 0 C 0 = Q 0 d 0 ε 0 S ,
где Q 0 - заряд конденсатора до введения пластины, Q 0 = q (конденсатор отключен от источника напряжения); C 0 - электроемкость конденсатора до введения пластины.
Отношение разности потенциалов до и после введения металлической пластины определяется выражением
U U 0 = d 0 − a d 0 .
Отсюда найдем искомую разность потенциалов
U = U 0 d 0 − a d 0 .
С учетом d 0 = 3a выражение принимает вид:
U = U 0 3 a − a 3 a = 2 3 U 0 .
Рассчитаем:
U = 2 3 ⋅ 180 = 120 В.
В результате введения в конденсатор металлической пластины разность потенциалов между его обкладками уменьшилась и составила 120 В.
Пример 20. Плоский воздушный конденсатор заряжен до 240 В и отключен от источника напряжения. Его вертикально погружают в некоторую жидкость с диэлектрической проницаемостью 2,00 на одну треть объема. Найти разность потенциалов, которая установится между обкладками конденсатора.
Решение . При частичном погружении плоского воздушного конденсатора в жидкий диэлектрик, как показано на рисунке, свободные электроны на его обкладках перераспределяются таким образом, что:
- часть обкладок конденсатора, погруженная в диэлектрик, имеет заряд q 1 ;
- часть обкладок конденсатора, оставшаяся в воздухе, имеет заряд q 2 .
В результате перераспределения заряда по площади обкладок конденсатора на его обкладках устанавливается заряд:
Q общ = q 1 + q 2 .
Площадь обкладок конденсатора при частичном погружении его в жидкий диэлектрик разделяется на две части:
- часть, погруженная в диэлектрик, имеет площадь S 1 ; соответствующая часть конденсатора может рассматриваться как отдельный конденсатор с электроемкостью
C 1 = ε 0 ε S 1 d ,
где ε 0 - электрическая постоянная, ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12 Кл 2 /(Н ⋅ м 2); ε - диэлектрическая проницаемость конденсатора; d - расстояние между обкладками конденсатора;
- часть, оставшаяся в воздухе, имеет площадь S 2 ; соответствующая часть конденсатора может рассматриваться как отдельный конденсатор с электроемкостью
C 2 = ε 0 S 2 d .
Оба конденсатора обладают одинаковой разностью потенциалов между обкладками и образуют параллельное соединение. Электроемкость батареи двух конденсаторов при параллельном соединении определяется формулой
C общ = C 1 + C 2 = ε 0 ε S 1 d + ε 0 S 2 d = ε 0 d (ε S 1 + S 2) ,
а заряд на обкладках батареи -
Q общ = C общ U = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U ,
где U - разность потенциалов между обкладками батареи.
Электроемкость конденсатора до погружения его в диэлектрик определяется выражением
C 0 = ε 0 S 0 d ,
а заряд на его обкладках -
Q 0 = C 0 U 0 = ε 0 S 0 d U 0 ,
где U 0 - разность потенциалов между обкладками конденсатора до введения пластины; S 0 - площадь обкладки.
Конденсатор отключен от источника напряжения, поэтому его заряд после частичного погружения в диэлектрик не изменяется:
Q 0 = Q общ,
или, в явном виде,
ε 0 S 0 d U 0 = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U .
После упрощения имеем:
S 0 U 0 = (εS 1 + S 2)U .
Отсюда следует, что искомая разность потенциалов определяется выражением
U = U 0 S 0 ε S 1 + S 2 .
С учетом того, что в диэлектрик погружена часть пластин конденсатора, т.е.
S 1 = ηS 0 , S 2 = S 0 − S 1 = S 0 − ηS 0 = S 0 (1 − η), η = 1 3 ,
U = U 0 S 0 ε η S 0 + S 0 (1 − η) = U 0 ε η + 1 − η .
Отсюда найдем искомую разность потенциалов:
U = 240 2,00 ⋅ 1 3 + 1 − 1 3 = 180 В.
«Задачи на электрический ток» - Основные формулы. Задачи. Формула работы электрического тока… Задачи первого уровня. Электрический ток. Сила тока. Цель урока: Терминологический диктант. Викторина. 2.Имеются две лампы мощностью 60 Вт и 100Вт, рассчитанные на напряжение 220В. Напряжение. Урок по физике: обобщение по теме «Электричество».
«Применение конденсаторов» - Плато радиостанции буровой. Петличный микрофон. Светодиодные кластеры и модули, гибкие светодиодные полоски. Микрофон конденсаторный. Человек имеет ёмкость шара радиусом 30см. Более подробно о поставляемой продукции можно узнать на сайте www.e-neon.ru. Схема выпрямителя тока. Конденсатор CTEALTG STC - 1001.
Заряды разделяются путем совершения механической работы. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи. Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах. Закрепление материала. Первая электрическая батарея появилась в 1799 году. Герметичные малогабаритные аккумуляторы (ГМА).
«Электрический ток» - Электролитическое действие тока. Отделение пострадавшего от токоведущей части, находящейся под напряжением. Биологическое воздействие тока. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током. Будь осторожен при обращении с электричеством! Механическое действие тока. Общие электрические травмы.
«Работа и мощность тока» - Джеймс Уатт. Единицы работы. Единицы мощности. Научиться определять мощность и работу тока. i=P/u. A=P*t. Работа электрического тока. Джеймс Джоуль. Рассчитайте потребляемую энергию (1 кВт*ч стоит 1,37 р). Работа и мощность электрического тока. Мощность электрического тока –работа, которую совершает ток за единицу времени.
«Переменные токи» - Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей. Величина промышленной частоты переменного тока обусловлена технико-экономическими соображениями. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем. В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку.