Có phải thay đổi khoảng cách giữa các tấm thay đổi điện áp tụ?

Hãy xem xét một tụ điện lý tưởng có chiều dài $\ell_1$ giữa các bản của nó. Các thiết bị đầu cuối tụ điện được mở; chúng không được kết nối với bất kỳ trở kháng có giá trị hữu hạn. Công suất của nó là $C_1$ và nó có điện áp ban đầu là $V_1$ .

Chuyện gì xảy ra với điện áp tụ điện nếu chúng ta làm cho khoảng cách giữa các tấm $\ell_2=2\ell_1$ mà không thay đổi số tiền phí trên các tấm?

Suy nghĩ của tôi về điều này:

Tăng khoảng cách sẽ làm giảm điện dung.

Vì lượng điện tích không đổi, điện áp tụ mới sẽ là

Điều này có đúng không? Chúng ta có thể thay đổi điện áp tụ chỉ bằng cách di chuyển các tấm của nó? Ví dụ: giả sử tôi đang đi giày nhựa và tôi có một số điện tích trên cơ thể. Điều này tự nhiên sẽ gây ra một điện áp tĩnh, vì cơ thể tôi và mặt đất hoạt động như các tấm tụ điện. Bây giờ, nếu tôi leo lên một tòa nhà cách điện hoàn hảo (ví dụ: một cây khô), liệu điện áp tĩnh trên cơ thể tôi có tăng không?

Một máy Wimshurst hoạt động theo quy trình đó.

Nó đặt điện tích lên các tấm gần nhau, sau đó di chuyển các tấm ra để tạo ra điện áp cao.

Khi tôi ở trường, vào những năm 70, một đứa trẻ đã tạo ra một vật liệu sử dụng vật liệu PCB cho các đĩa và kim máy hát để tạo ra điện tích ban đầu. "Công việc" được thực hiện bởi một động cơ điện. Dựa trên chiều dài tia lửa mà nó tạo ra, tôi nghĩ nó tạo ra hơn 200.000V.

Cha anh đã mang nó đi làm, nơi họ thiết kế điện thoại và thử nghiệm điện thoại sớm với nó.

Có, điện áp tăng. Có vẻ như hầu hết chúng ta đã học được điều này ở trường. Giáo sư Vật lý của tôi đã có một thiết lập với các tấm di động, và một vôn kế rất nhạy (thực sự, trở kháng rất cao). Khi các tấm được kéo ra, điện áp tăng lên.

Điều này xuất phát từ công thức nguyên tố Q = CV. Kéo các tấm cách nhau làm giảm điện dung. Điện tích không đi đâu hết, nên điện áp phải tăng. Điều này có vẻ trái ngược, nhưng điện tích trên các tấm muốn thu hút lẫn nhau và bạn đang thực hiện công việc bằng cách kéo chúng ra xa nhau.

Bạn có thể tái tạo thử nghiệm được mô tả ở trên nếu bạn có một vôn kế có đầu vào FET (hoặc máy hiện sóng, nếu bạn may mắn đó). Tiếp đất dẫn tiêu cực và giữ đầu dẫn khác trong tay của bạn. Nếu giày của bạn không dẫn điện và bạn không có bất kỳ dây đai ESD nào được kết nối, bạn sẽ có thể làm chệch hướng đồng hồ chỉ bằng cách nâng và hạ chân của bạn. Nhân tiện, chà thảm tạo ra điện tích và nhấc chân lên và di chuyển ra xa là điều làm tăng các điện tích tĩnh đó lên các mức điện áp cao như vậy.

Trên một lưu ý thực tế, đây là cách một micro ngưng tụ điện hoạt động. Khi màng loa rung, điện dung giữa nó và một tấm cố định thay đổi, và điện áp thay đổi theo nó.

Điện áp chắc chắn tăng.

Q = C * U

Vì bạn giảm C bằng cách tăng khoảng cách nhưng Q giữ nguyên, U sẽ tăng.

Trong thời gian đi học, tôi không muốn tin điều đó nên người bạn của tôi đã gửi tôi vào phòng thí nghiệm với nguồn điện cao áp, tấm, dây cáp, bộ cách ly và điện kế. Tôi đã thử nó và nó là sự thật! Điện áp tăng khi bạn tăng khoảng cách.

$A$$E = { Q \over \epsilon A}$$x$$V(x) = { Q x\over \epsilon A}$

Vì vậy, nhân đôi khoảng cách sẽ tăng gấp đôi điện áp.

$x$

Như chúng ta đã biết, một tụ điện bao gồm hai tấm kim loại song song. Và tiềm năng giữa hai mảng của khu vực A, khoảng cách d, và với điện tích + Q và -Q, được đưa ra bởi

Vì vậy, sự khác biệt tiềm năng tỷ lệ thuận với khoảng cách tách.

trong bối cảnh được mô tả với các tấm không được kết nối, kịch bản và công thức chỉ ra rằng với khoảng cách 2l, bạn sẽ cần gấp đôi điện áp để phân cực cùng một lượng điện tích.