การชาร์จและการคายประจุตัวเก็บประจุ
1 การชาร์จ ตัวเก็บประจุอิเล็กทริก
ความเข้าใจผิดของการตีความการทำงานของตัวเก็บประจุในปัจจุบันนั้นชัดเจนเป็นพิเศษ ขึ้นอยู่กับการมีประจุบวกและลบในวงจรไฟฟ้า รู้จักพาหะของประจุเหล่านี้: โปรตอนและอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าพวกมันสัมผัสได้ถึงการมีอยู่ของกันและกันในระยะทางที่ใหญ่กว่าอิเล็กตรอนนับพันเท่าและใหญ่กว่าโปรตอนถึงล้านเท่า แม้แต่พื้นที่ใกล้เคียงที่ห่างไกลก็จบลงด้วยการก่อตัวของอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่ในสถานะพลาสมาเท่านั้นที่อุณหภูมิสูงถึง 5,000 C สิ่งนี้เกิดขึ้นเช่นในกระบวนการกำจัดอิเล็กตรอนและโปรตอนออกจากดวงอาทิตย์และการรวมกันเป็นไฮโดรเจนในภายหลัง อะตอม ดังนั้นจึงไม่รวมการมีอยู่ร่วมกันของโปรตอนและอิเล็กตรอนในสถานะอิสระในตัวนำดังนั้นศักยภาพเชิงบวกและเชิงลบบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจึงเป็นความผิดพลาดของนักฟิสิกส์ มาแก้ไขกัน
ตอนนี้เราจะเห็นว่าแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกนั้นไม่ได้ถูกชาร์จด้วยขั้วไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม แต่โดยขั้วแม่เหล็กที่ตรงกันข้าม ในกรณีนี้ ฟังก์ชันบวกจะอยู่ในขั้วแม่เหล็กทิศใต้ของอิเล็กตรอน และฟังก์ชันลบจะอยู่ทางทิศเหนือ ขั้วเหล่านี้ก่อให้เกิดขั้ว แต่ไม่ใช่ไฟฟ้า แต่เป็นแม่เหล็ก มาดูกระบวนการชาร์จของตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกเพื่อดูว่าขั้วแม่เหล็กของอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นขั้วแม่เหล็กของแผ่นของมันได้อย่างไร เป็นที่ทราบกันว่าระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจะมีอิเล็กทริก D (รูปที่ 1, a)
แผนภาพการทดลองการชาร์จตัวเก็บประจุอิเล็กทริกแสดงในรูปที่ 1 1, ก. ข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับแผนภาพคือการวางแนวจากทิศใต้ (S) ไปทางทิศเหนือ (N) เพื่อให้แน่ใจว่าแยกตัวเก็บประจุออกจากเครือข่ายโดยสมบูรณ์หลังการชาร์จ ขอแนะนำให้ใช้ปลั๊กไฟฟ้าที่เสียบเข้ากับเต้ารับไฟฟ้า 220 V
ทันทีหลังจากไดโอด เข็มทิศ 1 (K) จะปรากฏขึ้น วางบนเส้นลวดที่ไปยังตัวเก็บประจุ C ลูกศรของเข็มทิศนี้เบี่ยงเบนไปทางขวาเมื่อปลั๊กเปิดอยู่ แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (รูปที่ 1) ) จากจุด S ถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุ เป็นการเหมาะสมที่จะให้ความสนใจกับข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสายไฟที่แสดงในรูปที่ 1 1.
ข้าว. 1. แผนการทดลองการชาร์จตัวเก็บประจุของเรา
เหนือเข็มทิศ 1 (รูปที่ 1) เป็นแผนภาพทิศทาง สนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดที่เกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าไป
ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ผ่านไดโอดจึงมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยมีเวกเตอร์สปินเชิงทิศทาง
และโมเมนต์แม่เหล็กไปยังพื้นผิวด้านใน (รูปที่ 1) เป็นผลให้ศักย์แม่เหล็กเหนือ (N) เกิดขึ้นบนพื้นผิวนี้ค่อนข้างเป็นธรรมชาติที่อิเล็กตรอนจะมายังพื้นผิวด้านในของแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจากเครือข่ายซึ่งหันไปทางทิศใต้ ขั้วแม่เหล็ก(ส) ข้อพิสูจน์นี้คือข้อเท็จจริงเชิงทดลองของการเบี่ยงเบนของเข็มเข็มทิศด้านบน 2 (K) ทางด้านขวา (รูปที่ 1) ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากโครงข่ายไปยังแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยให้ขั้วแม่เหล็กใต้ (S) อยู่ในทิศทางการเคลื่อนที่ (รูปที่ 2)
ดังนั้นการวางแนวของอิเล็กตรอนบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจึงมั่นใจได้โดยการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กผ่านอิเล็กทริก ศักยภาพบนแผ่นตัวเก็บประจุคือขั้วแม่เหล็กหนึ่งขั้วลบและขั้วแม่เหล็กสองขั้ว: ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือและทิศใต้
ในรูป รูปที่ 2 แสดงแผนภาพอธิบายการวางแนวของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปยังแผ่นของตัวเก็บประจุ C อิเล็กตรอนมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยให้ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ (N) หันไปทางพื้นผิวด้านใน (รูปที่ 2) อิเล็กตรอนที่มีขั้วแม่เหล็กใต้ (S) มาถึงพื้นผิวด้านในของแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุ
ข้าว. 2. แผนภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยังแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริก
ดังนั้นอิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวในสายไฟจึงก่อตัวบนแผ่นตัวเก็บประจุซึ่งไม่ได้อยู่ตรงข้ามกับขั้วไฟฟ้า แต่อยู่ตรงข้ามกับขั้วแม่เหล็ก ไม่มีโปรตอนบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกซึ่งเป็นพาหะของประจุบวก
2 การคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริก
กระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริกเข้าสู่ความต้านทานเป็นข้อพิสูจน์การทดลองครั้งต่อไปของการสอดคล้องกับความเป็นจริงของแบบจำลองอิเล็กตรอนที่ระบุและความเข้าใจผิดของแนวคิดที่มีอยู่ว่าอนุภาคประเภทตรงข้ามเกิดขึ้นบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริก ค่าไฟฟ้า(รูปที่ 3) .
แผนภาพการโก่งตัวของเข็มเข็มทิศ (K) 1, 2, 3 และ 4 เมื่อตัวเก็บประจุถูกปล่อยออกมาจนถึงความต้านทาน R ในขณะที่สวิตช์ 5 เปิดอยู่จะแสดงในรูปที่ 1 3.
ดังที่คุณเห็น (รูปที่ 1 และ 3) ในขณะที่กระบวนการคายประจุของตัวเก็บประจุเปิดอยู่ ขั้วแม่เหล็กบนแผ่นตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้าม และอิเล็กตรอนเมื่อหมุนไปรอบ ๆ เริ่มเคลื่อนไปทางความต้านทาน R (รูปที่ 1) 2, 3)
ข้าว. 3. แผนภาพแสดงการโก่งตัวของเข็มเข็มทิศ (K) ในขณะที่คายประจุตัวเก็บประจุ
ข้าว. 4. แผนภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากแผ่นตัวเก็บประจุถึงความต้านทาน ร เมื่อทำการคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริก
อิเล็กตรอนที่มาจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยขั้วแม่เหล็กใต้ไปในทิศทางของการเคลื่อนที่และจากด้านล่าง - ไปทางทิศเหนือ (รูปที่ 4) วงเวียน 3 และ 4 ซึ่งติดตั้งบนชุดสายไฟ VA ที่เรียงจากใต้ไปเหนือ บันทึกข้อเท็จจริงนี้ไว้อย่างชัดเจนโดยการเบนลูกศรไปทางขวา ดังนั้นจึงพิสูจน์ได้ว่าเวกเตอร์ของการหมุนและโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนทั้งหมดในสายไฟเหล่านี้ถูกส่งมาจาก จากใต้ไปเหนือ (รูปที่ 3, 4 ).
3 การชาร์จตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
เมื่อวิเคราะห์กระบวนการชาร์จของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะต้องคำนึงว่าตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าประกอบด้วยไอออนที่มีประจุบวกและลบซึ่งควบคุมกระบวนการก่อตัวที่อาจเกิดขึ้นบนแผ่นของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ตอนนี้เราจะเห็นว่าการมีอิเล็กโทรไลต์ในตัวเก็บประจุไม่ได้นำไปสู่การปรากฏตัวของพาหะประจุบวกนั่นคือโปรตอนในสายไฟ
อิเล็กตรอนเป็นพรูกลวงที่มีการหมุนสองครั้ง: สัมพันธ์กับแกนสมมาตรและสัมพันธ์กับแกนวงแหวนของพรู การหมุนที่สัมพันธ์กับแกนวงแหวนของพรูทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอน และทิศทางของแม่เหล็ก สายไฟสนามนี้เกิดจากขั้วแม่เหล็ก 2 ขั้ว: N เหนือและ S ใต้
การหมุนของอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับแกนกลางถูกควบคุมโดยแรงบิดจลน์
- ปริมาณเวกเตอร์ โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนก็เป็นปริมาณเวกเตอร์เช่นกัน ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางของเวกเตอร์โมเมนต์จลน์ เวกเตอร์ทั้งสองนี้ประกอบกันเป็นขั้วแม่เหล็กทิศเหนือของอิเล็กตรอน (N) และที่ปลายอีกด้านของแกนกลางของการหมุน ขั้วแม่เหล็กทิศใต้ (S) ก็ก่อตัวขึ้น การก่อตัวของโครงสร้างอิเล็กตรอนที่ซับซ้อนดังกล่าวถูกควบคุมโดยค่าคงที่มากกว่า 20 ค่าในรูป 5 และการวางแนวไอออนจะแสดงเป็นตัวอย่าง
ในสนามไฟฟ้า โปรตอนที่มีประจุบวกซึ่งมีขั้วแม่เหล็กทิศเหนือพุ่งตรงไปยังแผ่นที่มีประจุลบ (-) เนื่องจากเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนและโปรตอนในอะตอมไฮโดรเจนนั้นมีทิศทางตรงข้ามกัน อิเล็กตรอนในแนวแกน 2 และ 3 ของอะตอมออกซิเจนซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นสายโซ่กับโปรตอนและนิวตรอนของนิวเคลียสของอะตอมออกซิเจนจึงก่อตัวเป็น ขั้วแม่เหล็กเดียวกันที่ปลายแกนไอออน (รูปที่ 5, a) รูปแบบของขั้วแม่เหล็กนี้จะยังคงอยู่ตามแกนของกระจุกดาวที่ประกอบด้วยไอออนเหล่านี้ (รูปที่ 5, b) ตรรกะของกระบวนการทั้งหมดจะยังคงอยู่ก็ต่อเมื่อการกระทำของประจุและสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่ากันให้เราใส่ใจกับคุณสมบัติหลักของโครงสร้างของอะตอมไฮโดรเจน: เวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอน
และโปรตอนพุ่งไปตามแกนอะตอมในทิศทางตรงกันข้าม นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเข้าใกล้ของโปรตอนและอิเล็กตรอนถูกจำกัดด้วยขั้วแม่เหล็กที่มีชื่อเดียวกัน การกระจายตัวของสนามแม่เหล็กในโครงสร้างไอออนแสดงไว้ในรูปที่ 1 5, ก. อย่างที่คุณเห็น ที่ปลายแกนของไอออนนี้คือขั้วแม่เหล็กทิศเหนือของอิเล็กตรอนและโปรตอน กระจุกไอออนก็มีขั้วที่คล้ายกันเช่นกัน (รูปที่ 5b) เป็นเรื่องธรรมดาที่จำนวนกระจุกไอออนจะก่อตัวขึ้น วงจรไฟฟ้าในตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกจะมีขนาดใหญ่มากหากบทบาทของอิเล็กโทรดแสดงในรูป 5, a, แผ่นตัวเก็บประจุจะทำงาน จากนั้นเมื่อมีประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอนก็จะออกมา เครือข่ายภายนอกโดยวางแนวโดยให้ขั้วแม่เหล็กด้านใต้อยู่ที่แผ่นด้านซ้ายของตัวเก็บประจุและขั้วแม่เหล็กด้านเหนืออยู่ที่แผ่นด้านขวา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนนำขั้วแม่เหล็กที่อยู่ตรงข้ามกันมารวมกัน และการที่อิเล็กตรอนเข้าใกล้โปรตอนถูกจำกัดด้วยขั้วแม่เหล็กที่มีชื่อเดียวกัน
ข้าว. 5. ก) – แผนผังของไอออน แผนภาพกระจุกของไอออนสองตัว
ในรูป 6 และการวางแนวไอออนจะแสดงเป็นตัวอย่าง
ในตัวเก็บประจุที่มีประจุ โปรตอนที่มีประจุบวกซึ่งมีขั้วแม่เหล็กทิศเหนือจะพุ่งตรงไปยังแผ่นที่มีประจุลบ (-) ด้านล่างของตัวเก็บประจุ เนื่องจากเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนและโปรตอนในอะตอมไฮโดรเจนนั้นมีทิศทางตรงกันข้าม อิเล็กตรอนในแนวแกน 2 และ 3 ของอะตอมออกซิเจนจึงรวมตัวกันเป็นสายโซ่กับโปรตอนและนิวตรอนของนิวเคลียสของอะตอมออกซิเจน ทำให้เกิดขั้วแม่เหล็กเดียวกันที่ปลายแกนไอออน รูปแบบของขั้วแม่เหล็กนี้จะยังคงอยู่ตามแกนของกระจุกดาวที่ประกอบด้วยไอออนเหล่านี้ ตรรกะของกระบวนการทั้งหมดจะยังคงอยู่ก็ต่อเมื่อการกระทำของประจุและสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่ากันย้อนกลับกันเถอะ ความสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุ (รูปที่ 6, a) มีอิเล็กตรอนอยู่ทั้งสองข้างจึงดูเหมือนว่าพวกมันจะผลักกัน อย่างไรก็ตามต้องจำไว้ว่าเมื่อเกิดกลุ่มอิเล็กตรอนพวกมันจะเชื่อมต่อกันด้วยขั้วแม่เหล็กที่อยู่ตรงข้ามกันและประจุไฟฟ้าที่เหมือนกันจะจำกัดการเข้าใกล้ของพวกมัน ดังนั้นจึงรับประกันการสัมผัสของไอออนกับแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุ โดยขั้วแม่เหล็กที่อยู่ตรงข้ามกันของอิเล็กตรอน แผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุมีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม ซึ่งทำให้โปรตอนของอะตอมไฮโดรเจนและอิเล็กตรอนของแผ่นตัวเก็บประจุอยู่ใกล้กันมากขึ้น แต่การสร้างสายสัมพันธ์นี้จำกัดอยู่เพียงขั้วแม่เหล็กที่มีชื่อเดียวกันเท่านั้น สิ่งนี้จะอธิบายความขัดแย้งที่ชัดเจนเหล่านี้
ข้าว. 6. ก) แผนภาพการวางแนวไอออนในตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ข ) วงจรชาร์จตัวเก็บประจุ
ดังนั้นแผ่นของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจึงถูกชาร์จด้วยขั้วไฟฟ้าตรงข้ามและขั้วแม่เหล็กตรงข้ามในเวลาเดียวกัน ในกรณีนี้ ฟังก์ชันบวกจะอยู่ในขั้วแม่เหล็กทิศใต้ของอิเล็กตรอน และฟังก์ชันลบจะอยู่ทางทิศเหนือ ขั้วเหล่านี้ก่อตัวเป็นทั้งขั้วไฟฟ้าและขั้วแม่เหล็กบนแผ่นตัวเก็บประจุ มาดูกระบวนการชาร์จของตัวเก็บประจุเพื่อดูว่าขั้วแม่เหล็กของอิเล็กตรอนและโปรตอนก่อตัวเป็นขั้วแม่เหล็กและขั้วไฟฟ้าของแผ่นของมันอย่างไร
แผนภาพการทดลองการชาร์จตัวเก็บประจุแสดงไว้ในรูปที่ 1 5,ข. ข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับแผนภาพคือการวางแนวจากทิศใต้ (S) ไปทางทิศเหนือ (N) ทันทีหลังจากไดโอด เข็มทิศ 1 (K) จะปรากฏขึ้น วางบนสายไฟที่ไปยังตัวเก็บประจุ C ลูกศรของเข็มทิศนี้เบี่ยงเบนไปทางขวาในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเปิดอยู่ แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (รูปที่ . 5, b) จากจุด S ถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุ C ด้านบนเข็มทิศแสดงแผนภาพทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดที่เกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าไป
ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ผ่านไดโอดจึงมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยมีเวกเตอร์สปินเชิงทิศทาง
และโมเมนต์แม่เหล็กไปยังพื้นผิวด้านใน (รูปที่ 5, b) เป็นผลให้เกิดศักย์แม่เหล็กเหนือ (N) ซึ่งเทียบเท่ากับศักย์ไฟฟ้าลบ (-) เกิดขึ้นบนพื้นผิวนี้เป็นเรื่องปกติที่อิเล็กตรอนจะมาจากโครงข่ายไปยังแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุโดยมีขั้วแม่เหล็กใต้ (S) วางตัวอยู่ ข้อพิสูจน์นี้คือข้อเท็จจริงเชิงทดลองของการเบี่ยงเบนของเข็มเข็มทิศด้านบน 2 (K) ทางด้านขวา (รูปที่ 5, b) ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นลวดไปยังแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยให้ขั้วแม่เหล็กใต้ (S) อยู่ในทิศทางของการเคลื่อนที่
ในรูป รูปที่ 4 แสดงแผนภาพอธิบายการวางแนวของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปยังแผ่นของตัวเก็บประจุ C เมื่อชาร์จ อิเล็กตรอนมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยให้ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ (N) หันไปทางพื้นผิวด้านใน อิเล็กตรอนมาถึงพื้นผิวด้านในของแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุโดยมีขั้วแม่เหล็กใต้วางตัว (S)
ให้เราใส่ใจกับความจริงที่ว่าทิศทางของการวางแนวของอิเล็กตรอนเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ไปที่แผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริก (รูปที่ 4) นั้นคล้ายกับการวางแนวของอิเล็กตรอนเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ไปที่แผ่นของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า (รูปที่ 6) , ข)
ดังนั้นอิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวในสายไฟจึงก่อตัวบนแผ่นของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าทั้งขั้วไฟฟ้าที่อยู่ตรงข้าม (+ และ -) และขั้วแม่เหล็กตรงข้าม (S และ N) ในเวลาเดียวกัน
4 การคายประจุตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
กระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุเข้าสู่ความต้านทานเป็นข้อพิสูจน์การทดลองครั้งต่อไปเกี่ยวกับความถูกต้องของการตีความใหม่เกี่ยวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (รูปที่ 3) ในสายไฟและการเข้าใจผิดของแนวคิดที่มีอยู่ว่ามีเพียงประจุไฟฟ้าที่ตรงกันข้ามเท่านั้นที่เกิดขึ้นบน แผ่นตัวเก็บประจุ
รูปแบบการโก่งตัวของเข็มเข็มทิศ (K) 1, 2, 3 และ 4 เมื่อคายประจุตัวเก็บประจุไปยังความต้านทาน R ในขณะที่สวิตช์ 5 เปิดอยู่จะแสดงในรูปที่ 1 3.
ดังที่เห็น (รูปที่ 2) ในขณะที่กระบวนการคายประจุของตัวเก็บประจุเปิดอยู่ ขั้วแม่เหล็กและไฟฟ้าบนแผ่นตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้าม และอิเล็กตรอนเมื่อหมุนไปรอบ ๆ เริ่มเคลื่อนไปทางความต้านทาน R (รูปที่ 2) 2).
อิเล็กตรอนที่มาจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยขั้วแม่เหล็กใต้ไปในทิศทางการเคลื่อนที่และจากด้านล่าง - ไปทางทิศเหนือ วงเวียน 3 และ 4 ที่ติดตั้งบนชุดสายไฟ VA (รูปที่ 3) ซึ่งวางจากใต้ไปเหนือจะบันทึกข้อเท็จจริงอย่างชัดเจนโดยการเบี่ยงเบนลูกศรไปทางขวา จึงพิสูจน์ได้ว่าเวกเตอร์ของการหมุนและโมเมนต์แม่เหล็กของทั้งหมด อิเล็กตรอนในสายไฟเหล่านี้ถูกส่งจากใต้ไปเหนือ
อย่างที่คุณเห็น รูปแบบของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในระหว่างการคายประจุของตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกนั้นคล้ายคลึงกับรูปแบบของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในระหว่างการคายประจุของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า (รูปที่ 3)
ตอนนี้ลองจินตนาการถึงช่วงเวลาของการเปิดหรือปิดวงจรไฟฟ้าซึ่งแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วดังที่ทราบกันดี สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือในขณะที่วงจรไฟฟ้าเปิดอยู่ มีช่วงหนึ่งที่ส่วนหนึ่งของวงจรนี้เกิดจากไอออนของอากาศ จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดของไอออนเหล่านี้มีนัยสำคัญ ปริมาณมากขึ้นอิเล็กตรอนอิสระในเส้นลวด เป็นผลให้พวกมันเพิ่มศักย์ไฟฟ้าในช่วงเวลาหนึ่งเมื่อวงจรไฟฟ้าเกิดจากไอออนของอากาศ ดังที่เห็นได้ชัดเจนในรูปนี้ 5, a โดยแสดงไอออน
ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ พื้นที่วงจรไฟฟ้าที่เสียหายจะเต็มไปด้วยไอออนชนิดเดียวกันวัตถุประสงค์ของงานคือเพื่อศึกษากระบวนการคายประจุของตัวเก็บประจุไปสู่ความต้านทานแบบแอคทีฟ กำหนดเวลาการคลายตัว และประมาณค่าความจุของตัวเก็บประจุ
เครื่องมือและอุปกรณ์เสริม: การตั้งค่าในห้องปฏิบัติการ แหล่งจ่ายไฟ ไมโครแอมมิเตอร์ ตัวเก็บประจุทดสอบ นาฬิกาจับเวลา
ตัวเก็บประจุไฟฟ้าหรือเพียงแค่ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่สามารถสะสมและปล่อย (กระจาย) ประจุไฟฟ้าได้ ตัวเก็บประจุประกอบด้วยตัวนำ (แผ่น) สองตัวขึ้นไป คั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ตามกฎแล้วระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกซึ่งเท่ากับความหนาของอิเล็กทริกนั้นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับขนาดเชิงเส้นของแผ่นเปลือกโลกดังนั้น สนามไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อแผ่นเข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า คุณมีความเข้มข้นเกือบสมบูรณ์ระหว่างแผ่นเปลือกโลก ตัวเก็บประจุจะมีลักษณะแบน ทรงกระบอก หรือทรงกลม ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเพลต
ลักษณะสำคัญของตัวเก็บประจุคือความจุ คซึ่งเป็นตัวเลขเท่ากับประจุ ถามแผ่นใดแผ่นหนึ่งที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับความสามัคคี:
ให้ตัวเก็บประจุมีความจุ ครวมอยู่ในวงจรไฟฟ้า (รูปที่ 1)
รูปที่ 1
มีแหล่งที่มา แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง คุณ 0, สำคัญ เคและตัวต้านทาน (ความต้านทานแบบแอคทีฟ) ร- เมื่อกุญแจถูกปิด เคตัวเก็บประจุจะชาร์จตามแรงดันไฟฟ้า คุณ 0- ถ้าอย่างนั้นกุญแจ เคเปิดตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุผ่านตัวต้านทาน รและในห่วงโซ่ก็จะมี กระแสไฟฟ้า ฉัน.ปัจจุบันนี้เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรเป็นแบบกึ่งคงที่ เราใช้กฎสำหรับวงจรนี้ ดี.ซี.
มาหาการพึ่งพาของกระแสคายประจุกัน ฉันเป็นครั้งคราว ที- ในการดำเนินการนี้ เราจะใช้กฎข้อที่สองของ Kirchhoff ที่ใช้กับวงจร อาร์-ซี(รูปที่ 2) จากนั้นเราจะได้รับ:
, (1)
ที่ไหน ฉัน– กระแสไฟฟ้าในวงจร ถาม– ค่าตัวเก็บประจุ ค- แทนที่ค่าของกระแสคายประจุลงในสมการ (1) ฉัน = - dQ / dtเราได้รับสมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่งพร้อมตัวแปรที่แยกได้:
.
(2)
หลังจากอินทิเกรตสมการ (2) แล้วเราจะพบ
ถาม(ที) = Q 0 อี -ที/τ , (3)
ที่ไหน คิว 0– ค่าเริ่มต้น ค่าตัวเก็บประจุ, τ = อาร์.ซี.- ค่าคงที่ที่มีมิติของเวลา เรียกว่าเป็นเวลาพักผ่อน ผ่านกาลเวลา τ ประจุของตัวเก็บประจุจะลดลง e เท่า
ด้วยสมการเชิงอนุพันธ์ (3) เราจะพบกฎแห่งการเปลี่ยนแปลงในกระแสคายประจุ มัน):
ฉัน(ท) =อี -t/τ .
ฉัน(t) = ฉัน 0 อี -t/τ, (4)
ที่ไหน ฉัน 0 = - มูลค่าปัจจุบันเริ่มต้นเช่น ปัจจุบันที่ ที = 0.
รูปที่ 3 แสดงการพึ่งพากระแสคายประจุสองครั้ง ฉันเป็นครั้งคราว ทีซึ่งสอดคล้องกับค่าความต้านทานแบบแอคทีฟที่แตกต่างกันสองค่า ร 1 และ ร 2 (τ 1 < τ 2).
คำอธิบายการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ
ในงานห้องปฏิบัติการนี้เสนอให้ศึกษากระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุโดยใช้การตั้งค่าการทดลองซึ่งมีแผนภาพแสดงในรูปที่ 4
ประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ คุณ 0,ตู้คอนเทนเนอร์ ค, ตัวต้านทาน ร 1 , ร 2 ,ร 3 และไมโครแอมมิเตอร์ เนื่องจากตัวต้านทาน ร 1 , ร 2 ,ร 3 เชื่อมต่อแบบอนุกรม ความต้านทานแอคทีฟของวงจรสามารถเปลี่ยนได้โดยใช้จัมเปอร์ P ซึ่งจะลัดวงจรตัวต้านทานในทางกลับกัน ร 1 , ร 2 หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน
ลำดับการวัด. การประมวลผลผลการวัด
ประกอบวงจรไฟฟ้าตามแผนภาพในรูปที่ 4 และเลือกค่าความต้านทานของวงจรตามคำแนะนำของอาจารย์ ร.
ล็อคกุญแจ เคและชาร์จตัวเก็บประจุ คความตึงเครียด คุณ 0- เมื่อประจุตัวเก็บประจุเต็มแล้ว ไมโครแอมมิเตอร์จะแสดงค่ากระแสสูงสุด ฉัน 0.
ปลดล็อคกุญแจ เคและเริ่มจับเวลาไปพร้อมๆ กัน วัดเวลา เสื้อ 0ในระหว่างนี้การอ่านไมโครแอมมิเตอร์จะลดลง 10 เท่า กำหนดช่วงเวลา ∆ เสื้อ µ t 0 / 10.
ล็อคกุญแจอีกครั้ง เคและชาร์จตัวเก็บประจุ
ปลดล็อคกุญแจ เคและบันทึกการอ่านไมโครแอมมิเตอร์ตามช่วงเวลา ∆t, 2Δt, 3Δtฯลฯ จนกว่าจะถึงเวลา 10Δt- ทำการวัดดังกล่าวสามครั้ง และบันทึกผลลัพธ์ไว้ในตารางที่ 1
คำนวณ (มูลค่าปัจจุบันเฉลี่ย) และอัตราส่วน.
ตารางที่ 1
| ที,ส | 0 | ∆t | 2Δt | 3Δt | 4Δt | 5Δt | 6Δt | 7Δt | 8Δt | 9Δt | 10Δt |
| ฉัน 1 | |||||||||||
| ฉัน 2 | |||||||||||
| ฉัน 3 | |||||||||||
| /ฉัน 0 |
ทำซ้ำการทดลองสามครั้งสำหรับค่าที่ต่างกัน ร.
คำถามเพื่อความปลอดภัย:
ตัวเก็บประจุคืออะไร? หาสูตรความจุของตัวเก็บประจุแบบแบน
หาสูตรความจุของตัวเก็บประจุแบบทรงกลม
งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 6
ศึกษากระบวนการชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุ
วัตถุประสงค์ของการทำงาน
ศึกษากระบวนการชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุใน อาร์.ซี.- วงจรการทำความคุ้นเคยกับการทำงานของอุปกรณ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แบบพัลซิ่ง
พื้นฐานทางทฤษฎีของการทำงาน
ลองพิจารณาแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 1. วงจรประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสตรง ความต้านทานแบบแอคทีฟ และตัวเก็บประจุ ซึ่งเราจะพิจารณากระบวนการประจุและคายประจุ เราจะวิเคราะห์กระบวนการเหล่านี้แยกกัน
การคายประจุของตัวเก็บประจุ
ก่อนอื่นให้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายกระแส e กับตัวเก็บประจุ C ผ่านความต้านทาน R จากนั้นตัวเก็บประจุจะชาร์จดังแสดงในรูป 1. ลองย้ายคีย์ K จากตำแหน่ง 1 ไปยังตำแหน่ง 2 กัน ส่งผลให้ตัวเก็บประจุถูกชาร์จตามแรงดันไฟฟ้า จจะเริ่มคายประจุผ่านความต้านทาน R เมื่อพิจารณากระแสบวกเมื่อถูกส่งจากแผ่นประจุบวกของตัวเก็บประจุไปยังประจุลบเราสามารถเขียนได้
http://pandia.ru/text/78/025/images/image003_47.gif" width="69 height=25" height="25">, , (1)
ที่ไหน ฉัน– ค่าปัจจุบันของกระแสไฟฟ้าในวงจร เครื่องหมายลบซึ่งบ่งชี้ถึงลักษณะของกระแสไฟฟ้าในวงจร ฉันเกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายที่ลดลง ถามบนตัวเก็บประจุ
ถามและ กับ– ค่าประจุและแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุทันที
แน่นอนว่า สองสำนวนแรกแสดงถึงคำจำกัดความของความจุกระแสไฟฟ้าและความจุไฟฟ้า ตามลำดับ และสำนวนสุดท้ายคือกฎของโอห์มสำหรับส่วนหนึ่งของวงจร
จากความสัมพันธ์สองรายการล่าสุด เราแสดงความแข็งแกร่งในปัจจุบัน ฉันดังต่อไปนี้:
http://pandia.ru/text/78/025/images/image006_31.gif" width="113" height="53 src=">. (2)
18. เหตุใดจึงไม่มีแหล่งจ่ายกระแสตรงแสดงในแผนภาพวงจรในการติดตั้งนี้
19. เป็นไปได้ไหมที่จะใช้เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบไซน์หรือเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบฟันเลื่อยในการติดตั้งนี้?
20. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรสร้างความถี่และระยะเวลาเท่าใด?
21. เหตุใดจึงต้องมีความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรนี้? ร- ขนาดของมันควรจะเป็นเท่าไหร่?
22. การติดตั้งนี้สามารถใช้ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานชนิดใดได้บ้าง?
23. ความจุและความต้านทานสามารถมีค่าเท่าใดในวงจรนี้?
24. เหตุใดจึงต้องมีการซิงโครไนซ์สัญญาณออสซิลโลสโคป?
25. คุณจะได้ลักษณะที่เหมาะสมของสัญญาณบนหน้าจอออสซิลโลสโคปได้อย่างไร? มีการปรับอะไรบ้าง?
26. วงจรประจุและวงจรคายประจุของตัวเก็บประจุต่างกันอย่างไร?
27. ต้องมีการวัดอะไรบ้างเพื่อกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ อาร์.ซี.-โซ่?
28. จะประเมินข้อผิดพลาดในการวัดระหว่างการติดตั้งได้อย่างไร?
29. จะปรับปรุงความแม่นยำในการกำหนดเวลาผ่อนคลายได้อย่างไร อาร์.ซี.-โซ่?
30. ตั้งชื่อวิธีปรับปรุงความแม่นยำในการกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ