Wirtualne laboratorium/Fizyka/Elektrostatyka/Kondensator — pojemność, ładunek, energia

Kondensator — pojemność, ładunek, energia

Kondensator gromadzi ładunek na dwóch okładkach. Jego pojemność C=ε₀·S/d rośnie z powierzchnią okładek i maleje z odległością między nimi — zbliżenie okładek zwiększa C. Ładunek to Q=CU, a energia zmagazynowana w polu między okładkami E=½CU². Zmień napięcie, powierzchnię i odległość okładek.

Kondensator — pojemność, ładunek, energia
Fizyka · Elektrostatyka · Kondensator (FIZ.ESTAT)
Napięcie UU6,0 V
Powierzchnia okładek SS100 cm²
Odległość okładek dd2,0 mm
Zmniejszasz odległość okładek d dwukrotnie. Pojemność:
napięcie U
6,0 V
pojemność C
44,3 pF
ładunek Q
0,27 nC
energia E
0,80 nJ
🎯 Wyzwanie: zmagazynuj energię
seria: 0

Dam Ci docelową energię — dobierz napięcie, powierzchnię i odstęp okładek tak, by ją zgromadzić. E = ½CU², C = ε₀S/d.

Co się właśnie stało?

Zmniejszyłeś odległość między okładkami o połowę, a pojemność wzrosła dwukrotnie. Pojemność i odstęp okładek są odwrotnie proporcjonalne.

Czym jest pojemność?

To zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku: C=Q/UC = Q/U. Ten sam ładunek przy mniejszym napięciu oznacza większą pojemność. Zależy ona od geometrii okładek i dielektryka:

C=ε0 SdC = \varepsilon_0\,\dfrac{S}{d}

— rośnie z powierzchnią okładek S, maleje z odstępem d, a wypełnienie dielektrykiem (ε_r > 1) ją zwiększa. ε₀ = 8,85·10⁻¹² F/m to przenikalność próżni.

Ładunek i energia

Podłączony do napięcia U kondensator gromadzi ładunek Q=CUQ = CU, a w polu elektrycznym między okładkami magazynuje energię:

E=12 CU2E = \tfrac12\,C U^2

Energia nie siedzi „w drucie" — jest zmagazynowana w polu elektrycznym w przestrzeni między okładkami. Dlatego naładowany kondensator potrafi ją nagle oddać (lampa błyskowa, defibrylator).

Niezmiennik: stały ładunek

Odłącz źródło — ładunek Q zostaje uwięziony. Wtedy z Q=CUQ = CU wynika, że zmniejszenie pojemności (np. rozsunięcie okładek) zwiększa napięcie U, bo iloczyn CU musi się zgadzać.

Po co Ci to na maturze:

C = ε₀S/d, Q = CU i E = ½CU² rozwiązują niemal każde zadanie o kondensatorze. Chwyt: sprawdź, co jest stałe — napięcie U (źródło podłączone) czy ładunek Q (źródło odłączone) — i dopiero wtedy licz.

Zapamiętaj: pojemność rośnie z powierzchnią okładek i maleje z ich odstępem (C = ε₀S/d), a energię kondensator magazynuje w polu elektrycznym między okładkami (E = ½CU²).

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Pojemność

C=QU,C=ε0SdC = \dfrac{Q}{U}, \qquad C = \varepsilon_0\dfrac{S}{d} Rośnie z powierzchnią okładek SS i maleje z odległością dd — zbliżenie okładek zwiększa CC.

Ładunek i energia

Q=CU,E=12CU2Q = CU, \qquad E = \tfrac12 CU^2 Energia magazynowana jest w polu elektrycznym między okładkami.

Oznaczenia: CC — pojemność (farad), QQ — ładunek, UU — napięcie, SS — powierzchnia okładek, dd — odległość między nimi, ε0\varepsilon_0 — przenikalność próżni, EE — energia.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to pojemność?

Miara zdolności kondensatora do gromadzenia ładunku przy danym napięciu: C=Q/U. Jednostka to farad (F).

›

Od czego zależy C?

Od powierzchni okładek S, odległości między nimi d i rodzaju dielektryka: C=ε₀·S/d (bez dielektryka).

›

Gdzie kondensator magazynuje energię?

W polu elektrycznym między okładkami; energia wynosi E=½CU².

Teoria (klasa): FIZ.3.1.3 → Lekcja maturalna: FIZ.M.5.1 →

Powiązane eksperymenty

Łączenie kondensatorów — pojemność zastępcza →Obwód drgający LC — emisja fal →Natężenie i linie pola elektrycznego →Potencjał elektryczny — napięcie i praca →