Поднятие воды в конденсаторе

Сообщение №58640 от Максим(конденсатор) 10 мая 2009 г. 17:25
Тема: Поднятие воды в конденсаторе

Доброго всем время суток.
Столкнулся с такой задачей(само условие неважно): пространство между пластинами конденсатора заполнено воздухом(Е=1). Пластинки приближают к воде так, что б они только касались воды.Пускают по конденсатору напряжение и вода начинает подниматься вверх между пластинками.
Вопрос: КАКАЯ сила способствует поднятию воды между пластинками(если найду обьяснение этого явления то, думаю, решу задачу).
Спасибо за внимание.


Отклики на это сообщение:

> Доброго всем время суток.
> Столкнулся с такой задачей(само условие неважно): пространство между пластинами конденсатора заполнено воздухом(Е=1). Пластинки приближают к воде так, что б они только касались воды.Пускают по конденсатору напряжение и вода начинает подниматься вверх между пластинками.
> Вопрос: КАКАЯ сила способствует поднятию воды между пластинками(если найду обьяснение этого явления то, думаю, решу задачу).


Эта задача решается из энергетических соображений. Над природой силы можно не заморачиваться.


> Доброго всем время суток.
> Столкнулся с такой задачей(само условие неважно): пространство между пластинами конденсатора заполнено воздухом(Е=1). Пластинки приближают к воде так, что б они только касались воды.Пускают по конденсатору напряжение и вода начинает подниматься вверх между пластинками.
> Вопрос: КАКАЯ сила способствует поднятию воды между пластинками(если найду обьяснение этого явления то, думаю, решу задачу).
> Спасибо за внимание.

Ответ на вопрос: электрическая сила.
Явление основано на з-не сохранение энергии.
Ёмкость конденсатора C=εε0S/d. Для воды ε=80,4.
Если вода заполнила часть конденсатора, то получили два параллельно соединённых конденсатора с воздухом С1 и водой С2. Общая ёмкость С12 увеличилась, а напряжение пропорционально уменьшилось, т. к. заряд q не изменился.
Электрическая энергия заряжённого конденсатора E=qU также уменьшилась. Разность эл.энергий пошла на поднятие воды, сообщив ей потенциальную энергию E1-E2= ΔE=mgh, где h- высота ц. тяжести столба воды.

Это всё.


> Доброго всем время суток.
> Столкнулся с такой задачей(само условие неважно): пространство между пластинами конденсатора заполнено воздухом(Е=1). Пластинки приближают к воде так, что б они только касались воды.Пускают по конденсатору напряжение и вода начинает подниматься вверх между пластинками.
> Вопрос: КАКАЯ сила способствует поднятию воды между пластинками(если найду обьяснение этого явления то, думаю, решу задачу).
> Спасибо за внимание.
Потянуло тебя в коллоидную химию? Есть такие кривые, близкие к перевёрнутой параболе, т.е. - зависимость обратная, поверхностного натяжения жидкостей от электрического потенциала - σ(φ), на границе с жидкостью, называемые электрокаппилярные кривые. Поверхность воды, даже особочистой - кислая (pH~4,7), что свидетельствует о повышенной концентрации, на пов-ти ионов водорода, а следовательно - и повышенном положительном потенциале пов-ти, что по электрокапиллярной кривой (её правой ветви) и задало относительно низкий уровень поверхностного натяжения у воды - σ(φ)=74 Н/м.
Есть выражение, связывающее σmax-σ(φ)=0,5*C[φ^2-φ^2(0)], где: C- удельная поверхностная ёмкость двойного электрослоя, на границе с металлом, φ и φ0 - соответственно - потенциалы пов-ти жидкости в присутствии внешнего электрополя и исходный самостоятельный. Приближение потенциала пов-ти жидкости к нейтральному (нулевому) - поднимает значение σ(φ), до σmax и к этой области подтягивается избыточное кол-во воды, уровнем - энергетически равным изменению пов-ой энергии.


> Ответ на вопрос: электрическая сила.
Однако, подробности "силового объяснения" не очевидны. Следует иметь в виду, что на границе "вода-пластины конденсатора" тангенциальная составляющая электрического поля равна нулю. Вместе с тем, поляризационные (связанные) заряды в воде располагаются только на этой границе, поскольку: 1) вода - однородный диэлектрик, 2) объемная плотность сторонннего заряда в воде равна нулю.
Итак, вопрос поставленный автором темы, остался без ответа.
> Явление основано на з-не сохранение энергии.
?? -имелось в виду, видимо, не явление, а решение.
> Ёмкость конденсатора C=εε0S/d. Для воды ε=80,4.
> Если вода заполнила часть конденсатора, то получили два параллельно соединённых конденсатора с воздухом С1 и водой С2. Общая ёмкость С12 увеличилась, а напряжение пропорционально уменьшилось, т. к. заряд q не изменился.
В задаче сказано, что конденсатор во время процесса затягивания воды остается подключенным к источнику напряжения. Поэтому заряд конденсатора изменяется, напряжение остается постоянным. В энергетическом балансе следует учесть работу источника A=qU.
> Электрическая энергия заряжённого конденсатора E=qU также уменьшилась.
В формуле пропущен множитель 1/2.
С ув. и всего наилучшего.


> > Ответ на вопрос: электрическая сила.
> Однако, подробности "силового объяснения" не очевидны. Следует иметь в виду, что на границе "вода-пластины конденсатора" тангенциальная составляющая электрического поля равна нулю. Вместе с тем, поляризационные (связанные) заряды в воде располагаются только на этой границе, поскольку: 1) вода - однородный диэлектрик, 2) объемная плотность сторонннего заряда в воде равна нулю.
> Итак, вопрос поставленный автором темы, остался без ответа.
> > Явление основано на з-не сохранение энергии.
> ?? -имелось в виду, видимо, не явление, а решение.
> > Ёмкость конденсатора C=εε0S/d. Для воды ε=80,4.
> > Если вода заполнила часть конденсатора, то получили два параллельно соединённых конденсатора с воздухом С1 и водой С2. Общая ёмкость С12 увеличилась, а напряжение пропорционально уменьшилось, т. к. заряд q не изменился.
> В задаче сказано, что конденсатор во время процесса затягивания воды остается подключенным к источнику напряжения. Поэтому заряд конденсатора изменяется, напряжение остается постоянным. В энергетическом балансе следует учесть работу источника A=qU.
> > Электрическая энергия заряжённого конденсатора E=qU также уменьшилась.
> В формуле пропущен множитель 1/2.
> С ув. и всего наилучшего.
Пластинки приближают к воде так, что б они только касались воды. Как следует из задания, вода ещё не находится между пластинами и все выводы относительно роли воды в зазоре между пластинами необоснованы. Здесь всё начинается с полевого влияния и на расстоянии, а именно - с потенциала пов-ти воды и управления им поверхностным натяжением жидкости, а уже далее - можно и по известному сценарию!


> Доброго всем время суток.
Пока тема не скрылась в архиве, а почему вода поднимается то? Потенциальная энергия (CU^2/2+mgh) при поднятии воды растет, т.к. C растет, ну и m и h тоже. А пот. энергия в таком самопроизвольном процессе должна вроде бы уменьшаться.

Если вместо конденсатора взять соленоид, сердечник которого поднимается при пропускании тока, его пот. энергия взаимодействия с магнитным полем Pf ниже, когда он втянут, т.к. все магнитные диполи ферромагнетика становятся по полю. И когда mgh + Pf(h) уменьшается с ростом h, это будет происходить при достаточном токе, соленоид втягивается.


> > Доброго всем время суток.
> Пока тема не скрылась в архиве, а почему вода поднимается то? Потенциальная энергия (CU^2/2+mgh) при поднятии воды растет, т.к. C растет, ну и m и h тоже. А пот. энергия в таком самопроизвольном процессе должна вроде бы уменьшаться.

1) Для решения задачи можно рассмотреть малое изменение уровня воды в конденсаторе, относительно стационарного значения. В энергетическом балансе обязательно нужно учесть работу источника ЭДС, к которому подключен конденсатор:
(работа источника) + (работа сила тяжести) = (изменение электрической энергии конденсатора).
Нетрудно показать, что работа источника в 2 раза больше изменения электрической энергии.

2)Электрическая сила, втягивающая воду в конденсатор, обусловлена известным эффектом втягивания диполей в область более сильного поля. В силу этого эффекта, например, незаряженные листочки бумаги притягиваются к наэлектризованной палочке.

3) Анализируя силы, затягивающие жидкий диэлектрик в конденсатор, необходимо учесть краевые эффекты: 1) электрическое поле "выпирает" из плоского конденсатора, 2) электрическо поле неоднородно внутри плоского конденсатора вблизи свободной поверхности воды, уже затянутой в конденсатор.

Всего наилучшего.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100