разность потенциалов конденсаторов при последовательном соединении

Конденсатор емкостью 4,0 мкФ заряжен до разности потенциалов 300 В, а конденсатор 2,0 мкФ заряжен до разности потенциалов 180 В. Какая разность потенциалов установится на обкладках конденсаторов, если их соединить разноименными полюсами?(последовательное соединение)

	Комментарий модератора
	Совет: хотите получить ответ, приложите схему соединения.

0

Сообщение от zer0mail Мы не можем сообщить внутренним пластинам заряд q/2, а внешним q/2 и -q/2, поскольку конденсатор устроен так, что заряды на пластинах одинаковы по величине и противоположны по знаку.

zer0mail, конденсатор не "устроен так", он вообще из зарядов не состоит. Давайте примем классическое определение, - два проводника разделённых слоем диэлектрика. Зарядов в нём вообще может и не быть.
*
Равны по величине и противоположны по знаку эт когда заряжаем внешним полем, например. Тогда работа по заряжанию одинакова, в силу равенства действия и противодействия на пластинах и в силу того что удельная работа для присоединения и изъятия зарядов для данного металла равны в широком диапазоне зарядов. Ну то есть пока валентные электроны не кончатся (а это оччень много, для даже очень небольших количеств металла). В электротехнике всё чаще всего так. Но глаза же могут и шире посмотреть? Задача по своей формулировке требует именно этого. Закон сохранения заряда требует, что бы между конденсаторами оказался "запертый" заряд.
**
А если зарядить кусок металла по другому? Не буду долго распространяться о школьных опытах по заряжанию алюминиевых сфер, задачках про шарики на ниточках... Для того что бы зарядить кусочек проводника нужно совершить работу, а при контакте пары кусочков заряд распределяется и суммируется как алгебраическая сумма. То есть со своими знаками. Стереотипы мышления это вещь неизбывная zer0mail, и я от них не свободен, но такие стереотипы как "бред" и "идиотизм" это ведь уже не о физике. Мне грустно, что я вынужден Вам это заметить, но если будете продолжать в том же духе, моё отношение к Вам изменится.
Давайте лучше сконцентрируемся на моей "теории" несимметричных конденсаторов!
По моему что-то в ней есть. Но не уверен. Не уверен даже, что это нигде не описано.
Что касается принципа нейтральности, то в задаче предполагается его отсутствие. И в числах я это показал. То есть 630V можно получить, если полагать что запертый заряд там есть.
Но а куда ему деваться?
Сомнения вызвало то, что для оценки ёмкости несимметрично заряженного конденсатора использована формула для последовательного соединения конденсаторов (без заряда внутри). И размышляя я пришёл к выводу, что эти сомнения не напрасны. А Вы какого мнения?
Подумайте и попробуйте аргументировать не принципами, важностью физики и пр. уважаемыми мною вещами, а аргументами в терминах задачи. Вы хороший аналитик и такое мнение мне будет интересно.

0

IGPIGP, я обсуждаю конкретную задачу, а не школьный опыт по физике с заряженными сферами. В рамках этой задачи и электротехники (которые оперируют законами Кирхгофа, Ома и т.п., а не уравнениями Максвелла) заряды на пластинах конденсатора равны по абсолютной величине (с высокой точностью) и противоположны по знаку. Разумеется, они могут равняться нулю, но не может быть, чтобы на одной пластине был кулон, а на другой полкулона. Если вы спросите, как же сфера, на которой "просто" заряд, то я отвечу, что сфера как конденсатор имеет очень маленькую емкость (вся Земля имеет емкость меньше фарады). Значит, перекосы ничтожно малы и ими спокойно можно пренебречь. Вернусь к задаче: если скажите, что в сумме будет не 480В, а меньше/больше на 1/1000 или даже на 1/100, то не буду спорить. Но ответ преподавателя - 630В! , а это я считаю бредом (с точки зрения физики).

Извините, конечно, но обсуждать эту простую по моему мнению задачу мне больше не интересно Я привел пример про умножитель напряжения, задал вопрос про случай, когда содиняются одинаковые конденсаторы с одинаковым зарядом (по формуле преподавателя итоговое напряжение получается =0 ). Считаю, этих аргументов достаточно (для физиков).

0

Сообщение от IGPIGP ..Теперь, сообщим правой пластине второго конденсатора заряд -q/2. ..

Миниатюры

 

1

Сообщение от zer0mail Разумеется, они могут равняться нулю, но не может быть, чтобы на одной пластине был кулон, а на другой полкулона. Если вы спросите, как же сфера, на которой "просто" заряд, то я отвечу, что сфера как конденсатор имеет очень маленькую емкость

Но задаче же на то и задача, чтобы с нею пока возможно не спорить. zer0mail, я же не говорю каку по величине работу нужно проделать, чтобы зарядить 0,1 г металла в виде шара радиусом, порядка 10-5 м и в виде пластины плоского конденсатора поверхностью порядка, скажем 10-4 м2. Главное, что в принципе это возможно. Ну не упирайтесь.
Представьте сферического коня (медного) в вакууме и силу совершающую работу, например по выемке из него свободного заряда в виде электронов (ужос!). И аргументы, что конь ей этого сделать никогда не даст не принимаются. Пусть это будет щедрый конь (заряда ему хватит).
Разве это не может быть одна из обкладок? Она полностью изолирована. Другое дело что работа по симметричному изъятию и сообщению заряда конденсатору и работа по заряду одной пластины тем же суммарным зарядом отличаются, но не об том же я.
Добавлено через 6 минут
Готов согласиться, что понизить заряд добавляя электроны, может и не получиться, в существенных пределах, но для асимметрии хватит и возможности заряжать положительно то есть изымать.

0

Что-то какие-то у Вас глобальные рассуждения вокруг пустякового вопроса.
Соединение (-++-)
U=(C1U1+C2U2)/(C1+C2)
Cоединение (-+-+)
U=(C1U1-C2U2)/(C1+C2)
В первом случае заряды складываются, во втором вычитаются.

0

Сообщение от 240Volt Не по теме: Возможно, не совсем по теме, но вспомнилась довольно известная задача. Вот она - на миниатюре. Ответ: U=3q/2. И, кстати, уединенная проводящая сфера радиусом в метр имеет довольно значительную емкость, более 100 пФ, что при заряде в 1 мкКл дает потенциал 9 кВ.

Да, это хороший пример и в тему как-раз (имхо).

Добавлено через 13 минут

Сообщение от Hant Что-то какие-то у Вас глобальные рассуждения вокруг пустякового вопроса. Соединение (-++-) U=(C1U1+C2U2)/(C1+C2) Cоединение (-+-+) U=(C1U1-C2U2)/(C1+C2) В первом случае заряды складываются, во втором вычитаются.

Общий заряд, действительно (C1U1-C2U2)
Общая емкость если последовательно не сумма а произведение делить на сумму, но суть не в этом. Ход Вашей мысли логичен, с формальной точки зрения. За исключение одного. Мне показалось, что если пара пластин между конденсаторами имеет заряд, то такой конденсатор отличается по ёмкости от такого же но не заряженного. Тогда и нельзя:
U=(C1U1 - C2U2) (C1+C2)/(C1*C2)
так как общая ёмкость уже не Cs=C1*C2/(C1+C2)
и похоже сильно не равна.

Сейчас подумал и вижу, что с асимметрично заряженного конденсатора назад (при разряде) нельзя получить весь тот заряд который ему сообщён на внешние пластины. Часть будет удерживаться! Почему никто не подсказывает?
Все надо додумать. Может и нет ничего, действительно...

0

Сообщение от Hant Что-то какие-то у Вас глобальные рассуждения вокруг пустякового вопроса. Cоединение (-+-+) U=(C1U1-C2U2)/(C1+C2)

Оп-па-ньки -еще один
Ответьте на вопрос про умножитель и какое напряжение будет при соединении одинаковых конденсаторов (подробнее в теме выше). Кстати - какое суммарное напряжение будет при последовательном соединении двух батареек? Конденсатор при высокоомной нагрузке при t<<RC ведет себя как батарейка (но похоже, не все это понимают) .

Мой ответ: U=U1+U2 и все !

0

Сообщение от zer0mail Оп-па-ньки -еще один Ответьте на вопрос про умножитель и какое напряжение будет при соединении одинаковых конденсаторов (подробнее в теме выше). Кстати - какое суммарное напряжение будет при последовательном соединении двух батареек? Конденсатор при высокоомной нагрузке при t<<RC ведет себя как батарейка (но похоже, не все это понимают) . Мой ответ: U=U1+U2 и все !

Дык и хорошо же, что не все. Вопрос же не в том как ведут себя последовательно соединенные конденсаторы, а в том как поведёт себя пара конкретных, предварительно заряженных конденсаторов которые соединены последовательно, причём пластинами разноимённых зарядов.
Я подумал и пока не вижу причин менять своё мнение. Если описанный вот тут:
разность потенциалов конденсаторов при последовательном соединении
конденсатор замкнуть накоротко, из состояния +q/2, +q/2, -q/2 , то заряды распределятся так 0 +q/2 0, то есть разрядятся внешние обкладки и изменение заряда (заряд унесенный током разрядки) составит q, хотя конечно, алгебраически заряд не изменится и останется +q/2
Забавно, что если такой конденсатор заземлить, то его заряд распределится похоже: -q/4 +q/2 -q/4
Это немного ломает крышу, так как в итоге 3-кондесатор становится нейтрален.
Однако изменение заряда по обкладкам составит для первой:
(-3/4)q так как было +q/2 и стало -q/4
а для второй:
q/4 так как было -q/2 а стало -q/4
Однако суммировать же нужно по модулю? Вот и выходит, что ток разряда унёс q (как в Киндза-дза, чес-слово)))
Так что думаю и жду возражений.

0

Сообщение от zer0mail Оп-па-ньки -еще один Ответьте на вопрос про умножитель и какое напряжение будет при соединении одинаковых конденсаторов (подробнее в теме выше). Кстати - какое суммарное напряжение будет при последовательном соединении двух батареек? Конденсатор при высокоомной нагрузке при t<<RC ведет себя как батарейка (но похоже, не все это понимают) . Мой ответ: U=U1+U2 и все !

Вы создайте цепь. Соедините концы через какое- то сопротивление и посмотрите, что будет. Хотите увидеть результат быстро, возьмите сопротивление поменьше.

0

Промежуточные итоги:
Преподаватель - 630В
Hant - 140В
zer0mail - 480В
IGPIGP - ?

Чтобы не было разночтения, сформулирую исходные данные:
Соединяем два конденсатора C1 (напряжение U1) и C2 (напряжение U2) по схеме ниже:
-C1(U1)+ <-соединяем эти 2 контакта-> -C2(U2)+
^ ........................................ .......................^
|измеряем напряжение между этими контактами|

Что должны получить? Мой ответ: U1+U2

При C1=100 Мкф, U1=3 В, C2=20 Мкф, U2=9В ответ 12 В.

Какие у Вас ответы?

1

Сообщение от zer0mail IGPIGP - ?

Вопрос хорош. Я думаю ещё и позже отпишусь. Для симметричного относительно ёмкости устройства, всё выглядит, более-менее прозрачно, если не напортачил нигде. Но для пары разных конденсаторов стоит подумать ещё. В предположении, что емкость такой системы величина постоянная (шучу)).
Я понимаю, внешнюю неконструктивность своей позиции. Если не так, - скажи как. Но пока неготов сказать. Если задачка требует создание лёгенькой теории или доказательства небольшой теоремки, то ж это задачка для самых младших научных сотрудников, а не академическое задание для студентов? Да и в этом случае и ход решения и ответ, если он есть, - должны быть верными (у тестирующего). Иначе и тогда некорректно.

0

Сообщение от zer0mail Промежуточные итоги: Преподаватель - 630В Hant - 140В zer0mail - 480В IGPIGP - ? Чтобы не было разночтения, сформулирую исходные данные: Соединяем два конденсатора C1 (напряжение U1) и C2 (напряжение U2) по схеме ниже: -C1(U1)+ <-соединяем эти 2 контакта-> -C2(U2)+ ^ ........................................ .......................^ |измеряем напряжение между этими контактами| Что должны получить? Мой ответ: U1+U2 При C1=100 Мкф, U1=3 В, C2=20 Мкф, U2=9В ответ 12 В. Какие у Вас ответы?

А у меня ответ НУЛЬ!!! Потому, что это перемычка, а следовательно R=0 и пока потенцилы этих точек не выравнялись здесь течёт ток. Когда потенциалы выровняются ток прекратится. Я вам писал об этом.
Хотите получить быстро результат возьмите перемычку потолще.

0

Т.е. у Вас во всех схемах между любыми двумя точками напряжение 0 ?
Совет - не надо мерять напряжение перемычками, используйте вольтметр с высоким входным сопротивлением

0

Ну почему же на С1 и на С2 есть напряжение.

1

Я понял уровень Вашей подготовки, спасибо.

0

Если Вы такой умный, то скажите, где больше общее напряжение у 10 последовательно включенных батареек по
замкнутому кругу или у 100?

0

Замнутый круг в вашем воображении. По-моему очевидно, что пунктирная линия обозначает не перемычку, а служит для показа между каким контактами измеряется напряжение. А те, для кого это не очевидно, должны знать, что проводники изображаются сплошными линиями, никак не пунктирными

0

Вы уходите от ответа. Проверьте вашу теорию на трёх включенных последовательно по кругу конденсаторах, а потом на 4 и на 5. Там не будет ваших воздушных перемычек.
Желаю успеха в лабораторной работе.

0

Почитайте тему с начала. Конденсаторы включены последовательно, а не по кругу. И перемычек тоже нет. Я описал схему (которую, к примеру IPGIPG понял) и дал ответ в виде формулы и числа (для указанных мной параметров). А Вы придумываете "перемычки и круги".

0

Вкючены последовательно с чем? С самим собой? Ну так включите.
А Вы только собрали, но не включили.

0