سلام به همه استادلینکی های عزیز مشتاق آموزش رابطه خازن تخت و روابط مربوط به آن. این آموزش توسط اساتید فیزیک سایت تدریس خصوصی استادلینک برای شما عزیزان تهیه شده است.

همانطور که میدانید، فیزیک یازدهم، مربوط به مسائل الکتریسیتۀ ساکن و الکتریسیته جاری و مغناطیس می باشد. مبحث خازن های تخت در بخش الکتریسته ساکن و در انتهای فصل یک فیزیک یازدهم یا فیزیک 2 دبیرستان، قرار دارد.

منظور از الکتریستۀ ساکن این است که بارهای الکتریکی در سر جای خود ساکن باشند. منظور از الکتریسته جاری این است که بارهای الکتریکی حرکت کنند و جریان الکتریکی را به وجود آورند.

روابط خازن تخت

رابطه ولتاژ و بار در خازن تخت

در رابطه Q=C.v ، منظور از Q، بار الکتریکی است که واحد آن کولن میباشد. منظور از C، ظرفیت خازن است و واحد آن فاراد میباشد. v اختلاف پتانسیل یا ولتاژ دو سر خازن است و واحد آن ولت می باشد.

توجه: در خازن متصل به باتری در حال پر شدن، نمودار بار بر حسب ولتاژ یا ولتاژ بر حسب بار، یک خط راست گذرنده از مبدا است. توجه کنید این حرف فقط برای زمانی است که خازن در حال شارژ باشد.

رابطه ظرفیت خازن

در رابطۀ ظرفیت خازن ( رابطه دوم )، ε ضریب گذردهی الکتریکی با واحد فاراد بر متر می باشد.
ظریب k بدون واحد است. این عدد مربوط به دی الکترکیک بوده و برای هوا k=1 و برای مابقی موارد عددی بیشتر از یک است.
عبارت A مساحت هر صفحۀ خازن تخت بوده و واحد آن مترمربع می باشد.
عبارت d مربوط به فاصلۀ صفحات است و واحد آن متر می باشد.

همانطور که مشاهده می شود، ظرفیت خازن هیچ ربطی به ولتاژ و بار دو سر آن ندارد و فقط به نوع و جنس ساختمان آن واببسته است. به عبارت دیگر موقع خرید یک خازن که خالی و به هیچ جا کتصل نیست، ظرفیت آن مشخص است.

میدان الکتریکی در خازن تخت

در رابطۀ سوم، E میدان الکتریکی درون خازن تخت است و واحد آن ولت بر متر یا نیوتن بر کولن می باشد. v ولتاژ دو سر خازن با واحد ولت است. d فاصلۀ بین صفحات خازن بوده و واحد آن متر است.

اگر سه رابطۀ اول را با هم ترکیب کنیم، به رابطۀ چهارم در خازن تخت می رسیم که در ادامه کاربرد آنرا توضیح می دهیم.

انرژی ذخیره شده در خازن

سه رابطۀ بالا مربوط به انرژی ذخیره شده در خازن تخت است که به راحتی و با روابط قبلی قابل اثبات هستند. در اینجا u انرژی ذخیره شده در خان تخت بوده و واحد آن ژول می باشد.

خازن متصل به باتری در حال شارژ

در هر سه فرمول بالا، بار، ظرفیت، انرژی و میدان با فاصله در خارن تخت رابطۀ معکوس دارد.

خازن تخت متصل به باتری شارژ شده

در حالتی که خازن شارژ شده و متصل به باتری باشد، ولتاژش ثابت است. در این حالت نمودار ولتاژ بر حسب بار آن خط صاف است. مابقی نمودارهای آن مشابه نموداری شکل 6 است.

سوال1: خازن متصل به باتری شارژ شده که عایق آن هوا است را در نظر بگیرید. اگر مابین صفحات بجای هوا، چوب قرار دهیم، نمودار ولتاژ بر حسب بار این خازن را رسم کنید.

خازن شارژ شده جدا از باتری

در این حالت، بار خازن ثابت است. نمودار بار بر حسب ولتاژ آن ثابت بوده و میدان الکتریکی هم رابطه ای با فاصلۀ صفحات ندارد.

در اینجا با چند سوال مبحث خازن های تخت را به پایان می رسانیم.

سوال2: نمودار انرژی بر حسب فاصله را در خازن شارژ شدۀ جدا از باتری رسم کنید.

سوال3: نمودار ولتاژ بر حسب ظرفیت در خازن تخت شارژ شدۀ جدا از باتری رسم کنید.

سوال4: اگر دی الکتریک خازن تخت شارژ شدۀ جدا از باتری را زیاد گنیم، ولتاژ، انرژی و میدان آن چگونه تغییر میکند؟

جواب های خود را میتوانید در بخش نظرات در پایین همین صفحه، تایپ کنید.