例子问题
例子问题1:电容器与电场
一个平行板电容器连接到恒压电源。如果电容板之间的距离是而电容器有一个电荷,这个电容器极板间的电场值是多少?
平行极板电容器的极板之间不存在电场
要解决这个问题,我们首先需要求解电容上的电压。为此,我们需要电容公式:
电压的求解:
现在我们有了电压,我们可以利用下面的方程来求解电场:
例子问题1:电容器与电场
一组表面面积为的平行平板电容器总电荷是否等于.两块板之间的电场是多少?
两个平行平板电容器之间的电场方程为:
Sigma是平板的电荷密度,它等于:
已知面积和总电荷,用它们来求电荷密度。
现在我们有了电荷密度,用它除以真空介电常数就能得到电场。
例子问题1:电容器与电场
想象一个电容,每个极板上的电荷量都是Q。这个电容器的面积为A,分离距离为D,并且没有连接到电压为v的电池上。如果某种外部因素将电容器拉开,使D加倍,那么储存在电容器中的电场E是增加、减少还是保持不变?
增加
我们需要知道
保持不变
减少
保持不变
相关方程:
考虑到我们处理的是电荷区域而不是点电荷(或至少是球对称的电荷),考虑使用这里的电场定义将是明智的:
我们只考虑大小,所以电场的方向不需要考虑。考虑到电池没有连接,我们不能说V是恒定的。所以我们用第二个方程来代替上面方程中的V:
将第一个方程中的C代入:
我们看到D约掉了。如果没有前面的替换,这就不明显了。最终结果:
这三个量在这种情况下是静止的,所以E不会改变。
示例问题31:电路元件
想象一个电容,每个极板上的电荷量都是Q。这个电容器的面积为A,分离距离为D,并连接到电压为v的电池上。如果某种外部因素将电容器拉开,使D加倍,那么储存在电容器中的电场E是增加、减少还是保持不变?
正好增加
正好减少
正好减少
保持不变
正好减少
相关方程:
考虑到我们处理的是电荷区域而不是点电荷(或至少是球对称的电荷),考虑使用这里的电场定义将是明智的:
电池保持恒定的V,因此我们可以直接将E和D联系起来。由于D是两倍,E将减半。
例5:电容器与电场
如果时,电容器的每个极板都有表面积,盘子是分开,确定两板之间的电场。
通过电源的电压上升必须与通过电容器的电压下降相同。
电容上的压降等于电场乘以距离。
结合这些方程,求出电场:
将mm转换为m并代入值:
例子问题6:电容器与电场
如果时,电容器的每个极板都有表面积,盘子是另外,测定正极板上的多余电荷。
通过电源的电压上升必须与通过电容器的电压下降相同。
电容上的压降等于电场乘以距离。
结合方程求解电场:
将mm转换为m并代入值:
在电容器方程中使用电场:
结合方程:
转换来然后代入值:
示例问题7:电容器与电场
考虑给定的图表。如果时,电容器的每个极板都有表面积,盘子在分开,确定两板之间的电场。
通过电源的电压上升必须与通过电容器的电压下降相同。
电容上的压降等于电场乘以距离。
结合方程求解电场:
将mm转换为m并代入值:
例8:电容器与电场
在给定的电路中,电容器由两个平行的半径圆板组成这是分开。如果等于,确定板间的电场。
这些都不是
由于它是电路中除了源之外的唯一元件,电容上的压降必须等于电容上的电压增益。
电压定义:
结合方程:
解出
转换为米并插入值:
问题9:电容器与电场
一种分离的平行板电容器和表面积与a串联电池。如果分离加倍,电容器中的电场会发生怎样的变化?
翻了两番
增加了两倍
翻了一倍
它将保持不变
减少了一半
减少了一半
通过电容器的压降需要等于电池的电压。
平行板电容器的电压降等于内部电场乘以它们之间的距离。
结合方程,求解
由此可见,分离加倍,电场减半。
例子问题10:电容器与电场
一种分离的平行板电容器和表面积与a串联电池。电容器中的电场在一秒钟内会发生怎样的变化电池是串联添加的?
增加了两倍
没有变化
减少了一半
翻了一倍
无法确定
翻了一倍
通过电容器的压降需要等于电池的电压。
平行板电容器的电压降等于内部电场乘以它们之间的距离。
结合方程,求解
由此可以看出,电池电压加倍,电容器内部的电场也会加倍。