خازن تخت یا مسطح - آموزش تصویری - زبان ساده
موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .
محاسبه آنلاین ظرفیت خازن، ثابت دی الکتریک، مساحت صفحات، فاصله بین صفحات
سلامابزار زیر فوق العاده و بی نظیر است. چون بهترین شیوه یادگیری حل مسئله را ارائه می کند. در هیچ جای دیگری چنین ابزار فوق العاده ای را نمی توانید پیدا کنید. برای طراحی آن وقت زیادی صرف کردیم و کاملا رایگان در اختیار عموم قرار دادیم. لطفا از آن استفاده کنید. اعداد مختلف را وارد کنید و آنها را تغییر دهید. به این ترتیب شما می توانید بی نهایت سوال با پاسخ تشریحی ایجاد کنید. از همه مهمتر، حتی می توانید مسائل درون یا آخر فصل و نیز مثال های کتاب درسی را با آن حل کنید.
معلمان محترم می توانند برای طراحی سوال و یا بررسی درستی سوال خود، از این ابزار ارزشمند استفاده کنند( پس از آنکه نرم افزار سوال را تولید کرد می توانید ظاهر و ادبیات سوال را به دلخواه خود تغییر دهید). با احترام: ژرفنما
روش استفاده:
در قسمت پایین، چهار ورودی اعداد وجود دارد. در سه ورودی، عدد دلخواه خود را وارد کنید. سپس روی دکمه محاسبه کلیک کنید. تا حل تشریحی آن، ارائه می شود.
توضیح بیشتر
- فرض کنید سه ورودی برای عدد داریم اگر در ورودی اول و دوم، عدد وارد کنید کمیت سوم حساب می شود. اما اگر در ورودی دوم و سوم، عدد وارد کنید کمیت اول حساب می شود و ...
-
برای وارد کردن اعداد توان دار، ما از ساده ترین روش ( یعنی e-notation )استفاده کردیم. برای این کار، از حرف e استفاده کنید. مثلا 105 × 3 را به صورت 3e5 وارد کنید
همچنین 5-10 × 3 را به صورت 3e-5 وارد کنید
عدد 19-10 × 1/6 را به صورت 1.6e-19 وارد کنید
عددی مانند 105 را به صورت 1e5 وارد کنید.(یعنی به صورت e5 وارد نکنید).
دقت کنید هنگام وارد کردن e صفحه کلید شما انگلیسی باشد وگرنه وارد نمی شود. - برای وارد کردن اعداد اعشاری، مثلا 6/5 به جای علامت اعشار / از علامت نقطه . استفاده کنید
1 - خازن تخت( مسطح)
در درس های قبل گفتیم خازن از دو رسانای جدا از هم تشکیل شده است. خازنی که دو رسانای آن تخت باشند یعنی انحنا نداشته باشد خازن تخت یا خازن مسطح نام دارد.
در شکل روبرو یک خازن تخت با یک خازن استوانه ای مقایسه شده است. خازن استوانه ای همان خازن الکترولیت است که اجزای آن را به هم پیچیده اند( دروس قبل) اما خازن تخت، یک خازن با ساختمان ساده و تخت است که می توانیم ظرفیت آن را راحت حساب کنیم.
2 - فرمول ظرفیت خازن تخت
ظرفیت خازن تخت با فرمول روبرو به دست می آید:
C = ظرفیت خازن تخت( بر حسب فارادF)
A = مساحت صفحههای خازن (برحسب متر مربع m2)
d = فاصله بین صفحههای خازن(برحسب متر m)
εo = ضریب گذردهی الکتریکی خلأ(F/m8.85×10-12 )
k = ثابت دیالکتریک( بدون یکا )
دو صفحهی مربعی شکل به ضلع 10cm در فاصلهی 2mm از یکدیگر قرار دارند. فضای بین دو صفحه، از مادهای با ضریب دی الکتریک 5 پر شده است. ظرفیت خازن حساب را محاسبه کنید. εo= 9×10-12 F/m
داده های مختلف را در فرمول جایگذاری کردیم. لازم است مساحت A را توضیح دهیم. چون صفحه به شکل مربع است، بنابراین مساحت آن برابر یک ضلع ضرب در خودش است. ضلع آن 10 سانتی متر یعنی 0.1 متر است. پس مساحت آن 0.01 متر است.
به مخرج دقت کنید d برابر 2 میلی متر است. در درس اندازه گیری، پیشوندها را کامل بررسی کردیم. میلی یعنی 3-10.
این مثال جالب است زیرا یک مقایسه بین خازن الکترولیتی( درس های قبل ) و خازن تخت را نشان می دهد.
یک خازن تخت از دو صفحه رسانا مربع شکل تشکیل شده است. ضلع هر راسانا را 100 متر فرض کنید. بین دو صفحه یک عایق به ضخامت 1 سانتی متر، و ضریب دی الکتریک 2 قرار دارد. ظرفیت این خازن چقدر است؟
برای راحتی محاسبه، به جای 8.85 عدد 9 قرار دادیم. بقیه مراحل جایگذاری و محاسبه ریاضی است. اما نکته جالب این است که ظرفیت این خازن برابر 18 میکرو فاراد است. تصور کنید مربعی با ضلع 100 متر چقدر بزرگ است.
حال یک خازن الکترولیتی که چنین ظرفیتی دارد کمتر از 2 سانتی متر است. یعنی خیلی راحت، داخل مشت یک بچه جا می شود.
اگر بخواهیم مثال بالا را با همان شرایط در نظر بگیریم اما یک خازن 1 فاراد بسازیم ضلع هر رسانا باید چند متر باشد؟
لطفا خودتان حل کنید. راهنمایی طول ضلع مربع حدودا باید برابر 23570 متر باشد. در این صورت مساحت آن بیشتر از 555 میلیون متر مربع است. از طرف دیگر مساحت کل اروپا حدود 10 میلیون کیلومتر مربع است؟
باور می کنید یا فکر می کنید محاسبات ما اشتباه است!
3 - عوامل موثر بر ظرفیت خازن
به فرمول دقت کنید. هر چه که در صورت کسر است با ظرفیت خازن، نسبت مستقیم و هر چه که در مخرج کسر است با ظرفیت خازن، نسبت وارون دارد.
توجه: - k و C باهم متناسب اند. یعنی اگر ضریب دی الکتریک n برابر شود آنوقت ظرفیت نیز n برابر می شود.
- A و C باهم متناسب اند. یعنی اگر مساحت رسانا n برابر شود آنوقت ظرفیت نیز n برابر می شود.
- d و C با هم نسبت وارون دارند. یعنی اگر فاصله رسانا ها n برابر شود ظرفیت1/n می شود.
- با تغییر بار و اختلاف پتانسیل، ظرفیت خازن تغییر نمی کند.
- ضریب دی الکتریک را 2 برابر می کنیم.
- مساحت صفحات را 3 برابر می کنیم.
- فاصله دو صفحه را 4 برابرمی کنیم.
- اختلاف پتانسیل دو سر خازن را نصف می کنیم.
- بار خازن را افزایش می دهیم.
- همه تغییرات بالا را هم زمان انجام دهیم.
- ظرفیت 2 برابر می کنیم.
- ظرفیت 3 برابر می کنیم.
- ظرفیت 1/4( یک چهارم) می شود.
- تاثیر ندارد
- تاثیر ندارد
- 2 ضرب در 3 می شود6 حال 6 را بر 4 تقسیم می کنیم می شود 1.5 برابر . یعنی یک و نیم برابر می شود.
اگر خازن شارژ شده را از منبع آن جدا کنیم بار آن ثابت می ماند. اما اگر خازن به منبع متصل باشد اختلاف پتانسیل دو سر آن ثابت می ماند. در واقع برابر اختلاف پتانسیل دو سر منبع می شود.
- یک دی الکتریک اضافه می کنیم.
- فاصله دو صفحه خازن را زیاد می کنیم
چون خازن از منبع جدا شده بار آن ثابت است.
- وقتی دی الکتریک اضافه می کنیم ظرفیت خازن زیاد می شود. با توجه به فرمول q/c = v می فهمیم v و q باهم، نسبت وارون دارند. بنابراین اختلاف پتانسیل کم می شود.
- وقتی فاصله صفحات را زیاد می کنیم ظرفیت خازن کم می شود. v و q باهم، نسبت وارون دارند. بنابراین اختلاف پتانسیل زیاد می شود.
بخش نظرات