Номер 20, страница 40, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 15. Электрическое поле - номер 20, страница 40.

Условие.

20. Расскажите об устройстве и назначении конденсатора.

Решение.

Устройство конденсатора

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. В своей простейшей форме он состоит из двух проводящих пластин, называемых обкладками, которые разделены слоем диэлектрика.

Ключевыми элементами конструкции являются:

- Две обкладки: проводники, на которых накапливается электрический заряд. Обычно изготавливаются из металлической фольги (например, алюминиевой).

- Диэлектрик: слой непроводящего материала между обкладками. Он увеличивает ёмкость конденсатора и предотвращает короткое замыкание. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух, бумага, слюда, керамика, полимерные плёнки или оксидный слой на одной из обкладок (в электролитических конденсаторах).

- Выводы: металлические контакты для подключения конденсатора к электрической цепи.

Основной характеристикой конденсатора является его электроёмкость (ёмкость) $\text{C}$. Она определяет способность конденсатора накапливать заряд и равна отношению заряда $\text{q}$ на одной из обкладок к напряжению (разности потенциалов) $\text{U}$ между ними:

$C = \frac{q}{U}$

Единицей измерения ёмкости в системе СИ является фарад (Ф).

Для плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных пластин площадью $\text{S}$, находящихся на расстоянии $\text{d}$ друг от друга, ёмкость рассчитывается по формуле:

$C = \frac{\epsilon \epsilon_0 S}{d}$

где $\epsilon$ — относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика, а $\epsilon_0$ — электрическая постоянная.

Ответ: Конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделённые слоем диэлектрика. Его основная характеристика — электроёмкость, которая показывает способность накапливать электрический заряд.

Назначение конденсатора

Главное назначение конденсатора — накапливать и хранить электрическую энергию, чтобы затем отдать её в цепь. Энергия $\text{W}$, запасённая в заряженном конденсаторе, вычисляется по формулам:

$W = \frac{qU}{2} = \frac{CU^2}{2} = \frac{q^2}{2C}$

Благодаря этой способности конденсаторы широко применяются в электронике и электротехнике для выполнения различных функций:

- Фильтрация напряжения: В блоках питания конденсаторы сглаживают пульсации выпрямленного тока, делая его более стабильным.

- Колебательные контуры: В паре с катушкой индуктивности конденсатор образует колебательный контур — основу радиоприёмников, передатчиков и генераторов частот.

- Разделение цепей: Конденсатор блокирует прохождение постоянного тока, но пропускает переменный. Это свойство используется для разделения сигналов разного типа.

- Создание временных задержек: В RC-цепях (резистор-конденсатор) время заряда и разряда конденсатора используется для создания таймеров и генераторов импульсов.

- Накопление энергии для мощных импульсов: В фотовспышках, лазерах и дефибрилляторах конденсаторы заряжаются в течение длительного времени, а затем мгновенно разряжаются, создавая мощный импульс энергии.

- Запуск электродвигателей: Пусковые конденсаторы создают сдвиг фаз, необходимый для запуска однофазных асинхронных двигателей.

Ответ: Основное назначение конденсатора — накопление и отдача электрической энергии, что используется для фильтрации напряжения, в колебательных контурах, для разделения токов, в таймерах, для создания мощных импульсов и для запуска электродвигателей.