Fysik

Spændingsforskel kapacitor

09. januar 2014 af HjælpForvirret (Slettet) - Niveau: C-niveau

Hej alle!

Jeg skal her finde en spændingsforskel mellem 2 plader. 

Opgaven lyder således:

En pladekapacitor har et pladeareal på 900 cm^2. Afstanden mellem de to plader kan varieres, men er til start 3,0 cm. 
Kapacitoren oplades ved at tilslutte pladerne en spændingskilde på 2.500 V. Tilslutningen til spændingskilden fjernes, og pladeafstanden halveres. 
Hvilken spændingsforskel er der nu mellem pladerne? 

Jeg ved at jeg skal anvende formelen Q = U * C

Jeg kender C, som er 26,53 ifølge egne beregninger.

Men skal formelen omskrives? og hvad er Q? :)

Tak på forhånd :)


Brugbart svar (0)

Svar #1
09. januar 2014 af hesch (Slettet)

Q er ladningen på kondensatoren ( hedder den på dansk ). Den behøver du ikke at kende.

Du kender C, og ved hvordan den beregnes ud fra de givne mål. Når du halverer afstanden, d, må kapaciteten jo stige til det dobbelte, kan du se ud fra din beregningsformel. Q er konstant ( tilslutning er fjernet ). Du har så:

U * C = konstant = 0,5*U * 2C.

Herved ses, at spændingen falder til det halve, altså 2500V / 2 = 1250V.

PS: C = 26,53 hvad ?    Farad ?


Svar #2
09. januar 2014 af HjælpForvirret (Slettet)

de 2500 skal vel ikke halveres når den er fjernet? :)
C = 26,53 pF

Men skal formelen ikke omskrives når det er spændingsforskellen (U) jeg skal finde? :)


Brugbart svar (0)

Svar #3
09. januar 2014 af mathon

                     C1 • U1 = Q = C2 • U2

                     U2 = (C1/C2)• U1


                     C1      ε·A·d1-1     d2      (1/2)d1
                    ----- = ----------- = ----- = ---------- = (1/2)
                     C2      ε·A·d2-1     d1         d1

hvoraf
                     U2 = (1/2)• U1 = (1/2) • (2500 V) = 1250 V


Brugbart svar (0)

Svar #4
09. januar 2014 af hesch (Slettet)

Du skriver jo selv formlen:

Q = U * C

Når Q ( ladningen ) er konstant ( fordi tilledninger er fjernet, og der derfor ikke kan "forsvinde" ladninger ) og C fordobles, så må U jo halveres.

Med tilledninger blev kondensatoren opladet til 2500V ( oprindelig spændingsforskel ), og du fordobler kapaciteten, så må den nye spændingsforskel jo blive det halve, altså 1250V, fordi:

Q = U * C       =>

U = Q / C       =>

U1 = Q / C1        og

U2 = Q / C2

Hvad sker der med U, når du fordobler C ?


Brugbart svar (0)

Svar #5
09. januar 2014 af hesch (Slettet)

Det svarer jo til, at du har to bægre, bæger1 med halvt så stort bundareal (kapacitet) som bæger2.

Du hælder nu 1 liter vand (ladning) i bæger1, og vandstanden (spændingen) i dette bæger bliver 10cm.

Du hælder nu vandet over i bæger2. Hvad bliver vandstanden (spændingen) her ?


Svar #6
09. januar 2014 af HjælpForvirret (Slettet)

Jamen jeg kender ikke U, U_1 eller U_2? det er det der forvirre mig :s


Brugbart svar (0)

Svar #7
09. januar 2014 af mathon

…du kender da U1 = 2500 V

     jvf. "Kapacitoren oplades ved at tilslutte pladerne en spændingskilde på 2.500 V."


Svar #8
09. januar 2014 af HjælpForvirret (Slettet)

jamen det er jo en spændingskilde? :s
Men hvor kommer den halve fra? :s

Vil det sige, at Q = 1250 V * 13,27 pF? :s


Brugbart svar (0)

Svar #9
09. januar 2014 af mathon

dvs
                Q = U2 • C2 = (1250 V) • 2·(26,53·10-12 C/V) = 6,6325·10-8 C = 66,325·10-9 C = 66,325 nC

            ladningen er konstant               spændingen halveres og kapacitansen fordobles


Svar #10
09. januar 2014 af HjælpForvirret (Slettet)

Hvordan kommer du frem til det der C? skulle der ikke have været afsnit derved?
Og hvad er Q så? :s


Brugbart svar (0)

Svar #11
09. januar 2014 af hesch (Slettet)

Du skal koncentrere dig om at forstå, hvordan tingene virker. Det er forsøgt forklaret ved et analogt eksempel i  #5.

Du stiller spørgsmål til hvad Q, U1 og C er, og dermed til formler/udregninger. Disse kan du intuitivt gennemskue på 10 sek., hvis du "forstår". Formler er udenadslære, uden forståelse.

Så hvis der er noget du ikke forstår, så prøv at abstrahere, spørg ind til en analogi du forstår. Formlerne og gennemregningerne kommer så af sig selv.


Brugbart svar (0)

Svar #12
03. december 2023 af Lalode

Hvordan kan man bruge spændingen når der står at tilslutningen til spændingskilden fjernes?


Brugbart svar (0)

Svar #13
03. december 2023 af mathon

Når spændingskilden fjernes er pladerne opladet med samme spænding, men med hver sit foretegn.
Den ene plade er fyldt med elektroner, mens den anden har tilsvarende mangel på elektroner.
Der er med andre ord en spændingsforskel mellem pladerne, selv om spændingskilden er fjernet.
Hvilken spændingsforskel tror du, der er tale om i øjeblikket for afbrydelse af kontakten med spændingskilden?


Brugbart svar (1)

Svar #14
03. december 2023 af ringstedLC

#12

De to plader i kondensatoren er elektrisk isoleret fra hinanden. Ladningen (A · s) kan derfor ikke flyttes fra pladerne, når spændingskilden (strømmen) afbrydes.

Analogt med #5:

- Kondensator ≈ bæger => kapacitet ≈ volume

- Opladning ≈ opfyldning (af bægret)

- Ladning ≈ vandmængde

- Spænding ≈ vandstand

- Isoleringen i kondensatoren ≈ bægrets bund og cylinderflade

- Pladerne i kondensatoren ≈ bægrets indre og dets omgivelser,

  forstået på den måde, at der udenfor bægret er "tørt" (underskud af vand/elektroner),       mens der i bægret er "vådt" (overskud af vand/elektroner).


Brugbart svar (0)

Svar #15
03. december 2023 af Lalode

#13 

vil der så ikke være nogen spændingsforskel så den er 0?


Brugbart svar (0)

Svar #16
03. december 2023 af Lalode

her er lige et billede af opgaven

Vedhæftet fil:aa.png

Brugbart svar (1)

Svar #17
03. december 2023 af ringstedLC


Brugbart svar (1)

Svar #18
03. december 2023 af ringstedLC

#15 Jo da, der er 2500 V. Elektronover/underskuddet giver jo netop en spændingsforskel.

Ladningen Qkap kan ikke forsvinde og:

\begin{align*} Q_{opladn} &= Q_{kap} \\ C\cdot U_{opladn} &= C\cdot U_{kap} \\ \Rightarrow U_{opladn} &=U_{kap} \end{align*}

Ved halvering af pladeafstand (efter opladning) bliver C dobbelt så stor:

\begin{align*} C\cdot U_{opladn} &= 2\,C\cdot U_{kap} \\ \Rightarrow U_{opladn} &=2\,U_{kap} \end{align*}

Ved halvering af pladeafstand under opladning bliver C også dobbelt så stor, derfor bliver ladningen dobbelt så stor:

\begin{align*} 2\,C\cdot U_{opladn} &= 2\,C\cdot U_{kap} \\ \Rightarrow 2\,Q_{opladn} &=2\,Q_{kap} \end{align*}


Brugbart svar (0)

Svar #19
05. december 2023 af Lalode

Jeg forstår det stadig ikke 


Brugbart svar (1)

Svar #20
05. december 2023 af ringstedLC

Du (og trådstarter) har indtil nu fået et antal besvarelser/forklaringer. Jeg vil gerne fortsætte, men du kunne i det mindste skrive en henvisning til hvad du forstår og ikke forstår.


Skriv et svar til: Spændingsforskel kapacitor

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.