$begingroup$
Why does the capacitance of a capacitor increase when its plates are closer in distance to each other?
asked Jul 7, 2011 at 4:08
$endgroup$
$begingroup$
Intuitive approach: if the distance wouldn’t be a factor then you would be able to place the plates at an infinite distance apart and still have the same capacitance. That doesn’t make sense. You would expect a zero capacitance then.
If the capacitor is charged to a certain voltage the two plates hold charge carriers of opposite charge. Opposite charges attract each other, creating an electric field,
and the attraction is stronger the closer they are. If the distance becomes too large the charges don’t feel each other’s presence anymore; the electric field is too weak.
answered Jul 7, 2011 at 5:56
stevenvhstevenvh
144k21 gold badges452 silver badges664 bronze badges
$endgroup$
12
$begingroup$
FIG 1 to 4: Capacitor:
It is obvious that as the distance between plates decreases, their ability to hold charges increases.
fig.1 = If there is unlimited distance between plates, even a single charge would repel further charges to enter the plate.
fig.2 = if distance bet plates decreases, they can hold more charges due to attraction from the opposite charged plate.
fig.4 = with minimum distance between the plates, the max attraction between them enables both to hold max amount of charges.
As Capacitance C = q/V, C varies with q if V remains the same (connected to a fixed potential elec source). So, with decreased distance q increases, and so C increases.
Remember, that for any parallel plate capacitor V is not affected by distance, because:
V = W/q (work done per unit charge in bringing it from on plate to the other)
and W = F x d
and F = q x E
so, V = F x d /q = q x E x d/q
V = E x d
So, if d (distance) bet plates increases, E (electric field strength) would drecrese and
V would remain the same.
PeterJ
17k37 gold badges56 silver badges91 bronze badges
answered May 8, 2013 at 4:35
AliAli
911 silver badge1 bronze badge
$endgroup$
1
$begingroup$
Capacitance is charge per EMF. Specifically Farads are Coulombs per volt. As you move the plates closer at the same applied voltage, the E field between them (Volts per meter) increases (Volts is the same, meters gets smaller). This stronger E field can hold more charges on the plates. Remember that the charges on the plates would otherwise repell each other. It takes a E field to keep them there, and the stronger the E field the more charges it can keep there. The higher charge at the same voltage means higher capacitance (more Coulombs at the same Volts).
answered Jul 7, 2011 at 15:58
Olin LathropOlin Lathrop
309k36 gold badges421 silver badges902 bronze badges
$endgroup$
2
$begingroup$
To get technical, you want to look at Coulomb’s law. This states that
«The magnitude of the Electrostatics force of interaction between two point charges is directly proportional to the scalar multiplication of the magnitudes of charges and inversely proportional to the square of the distances between them.»
— Wikipedia
The formula for this is:
$F = k_e frac{q_1 q_2}{r^2}$
Where $F$ is the electrostatic force between two charges, $k_e$ is a ‘proportionality constant’ (eg the dielelectric constant in a capacitor), and $r$ is the distance between the two charges $q_1$ and $q_2$.
There are other forms of the equation — such as this one specifically for an electric field:
$E = frac{1}{4piepsilon_0}frac{q}{r^2}$
Which tells us the force at a distance $r$ from the single point charge $q$.
If you want to start getting really technical then you need to start reading up on quantum mechanics and the interactions between particles and the energies involved in it.
When two particles (say electrons in this case) interact they send quantum particles between them (photons). These, like the rats in the basement, require energy to move. The greater the distance the higher the energy. The higher the energy taken to move the photons the lower the charge left between the two plates.
That’s a very simplistic view of it and there is one helluva lot more detail in there to be discovered — such things as Quantum Tunneling, Leptons, Fermions, Bosons, etc. It’s fascinating reading if you have the time. I’d recommend Steven Hawking’s A Brief History of Time as a good starting point. Follow that up with F. David Peat’s Superstrings and the Search for the Theory of Everything and you won’t go far wrong. While both these books are getting a bit long in the tooth now and the theories are all still evolving, they give good insights into the workings of the universe at a subatomic level.
answered Jul 7, 2011 at 8:19
MajenkoMajenko
55.8k9 gold badges102 silver badges185 bronze badges
$endgroup$
13
$begingroup$
When the plates are far apart the potential difference is maximum (because between the plates you travel through a larger distance of the field, and the field also isn’t cancelled out by the field of the other plate), therefore the capacitance is less. As the plates move closer, the fields of the plates start to coincide and cancel out, and you also travel through a shorter distance of the field, meaning the potential difference is less, therefore capacitance increases C=Q/V, because the charge on the plates is fixed, you are just moving the plates. When there is a dielectric, the electric field decreases i.e. is cancelled by the dielectric, therefore V decreases between the plates (a line integral of this lesser field), therefore capacitance increases.
For the same charge, less potential is required, because the close proximity of the plates allow the potential to be partially cancelled, and therefore this ratio is called capacitance, because for the same potential you can achieve more charge on the plates.
answered Jun 17, 2021 at 21:47
$endgroup$
$begingroup$
A key thing to understand is that if a plate has more electrons coming in than going out, it’s going to build up a negative charge which will serve to repel any more electrons from coming in (likewise for a plate with more electrons leaving than arriving). It wouldn’t take very many electrons coming into an isolated plate for the charge to build up to millions of volts. If, however, there is a positively-charged plate near the negatively-charged one, the positively-charged plate would try to pull electrons toward itself and consequently toward the negative plate (likewise the negatively-charged plate would try to push electrons away from itself and consequently away from the positive plate). The force from the positive plate trying to draw in electrons cannot completely counter-balance the force of the negative plate trying to push them away, but it if the plates are close together it can counterbalance it significantly. Unfortunately, if the plates are too close, the plates won’t be able to build up too much of a charge before electrons start hopping from one plate to the other.
It turns out there’s trick to ease this problem. Some materials allow electrons to move about within them, but they don’t allow electrons to enter or leave. Placing such a material (called a dielectric) between the two plates can greatly improve the performance of a capacitor. What happens, essentially, is that the charge difference between the negative and positive plates moves the electrons in the dielectric toward the positive one. The side of the electric toward the negative plate thus has a relative shortage of electrons, drawing electrons toward the negative plate, while the side toward the positive plate has a surplus of electrons, pushing electrons away from the positive plate. This behavior can improve the performance of a capacitor by many orders of magnitude.
answered Jul 7, 2011 at 15:42
supercatsupercat
45.2k2 gold badges83 silver badges143 bronze badges
$endgroup$
14
$begingroup$
Why does the capacitance of a capacitor increase when its plates are closer in distance to each other?
asked Jul 7, 2011 at 4:08
$endgroup$
$begingroup$
Intuitive approach: if the distance wouldn’t be a factor then you would be able to place the plates at an infinite distance apart and still have the same capacitance. That doesn’t make sense. You would expect a zero capacitance then.
If the capacitor is charged to a certain voltage the two plates hold charge carriers of opposite charge. Opposite charges attract each other, creating an electric field,
and the attraction is stronger the closer they are. If the distance becomes too large the charges don’t feel each other’s presence anymore; the electric field is too weak.
answered Jul 7, 2011 at 5:56
stevenvhstevenvh
144k21 gold badges452 silver badges664 bronze badges
$endgroup$
12
$begingroup$
FIG 1 to 4: Capacitor:
It is obvious that as the distance between plates decreases, their ability to hold charges increases.
fig.1 = If there is unlimited distance between plates, even a single charge would repel further charges to enter the plate.
fig.2 = if distance bet plates decreases, they can hold more charges due to attraction from the opposite charged plate.
fig.4 = with minimum distance between the plates, the max attraction between them enables both to hold max amount of charges.
As Capacitance C = q/V, C varies with q if V remains the same (connected to a fixed potential elec source). So, with decreased distance q increases, and so C increases.
Remember, that for any parallel plate capacitor V is not affected by distance, because:
V = W/q (work done per unit charge in bringing it from on plate to the other)
and W = F x d
and F = q x E
so, V = F x d /q = q x E x d/q
V = E x d
So, if d (distance) bet plates increases, E (electric field strength) would drecrese and
V would remain the same.
PeterJ
17k37 gold badges56 silver badges91 bronze badges
answered May 8, 2013 at 4:35
AliAli
911 silver badge1 bronze badge
$endgroup$
1
$begingroup$
Capacitance is charge per EMF. Specifically Farads are Coulombs per volt. As you move the plates closer at the same applied voltage, the E field between them (Volts per meter) increases (Volts is the same, meters gets smaller). This stronger E field can hold more charges on the plates. Remember that the charges on the plates would otherwise repell each other. It takes a E field to keep them there, and the stronger the E field the more charges it can keep there. The higher charge at the same voltage means higher capacitance (more Coulombs at the same Volts).
answered Jul 7, 2011 at 15:58
Olin LathropOlin Lathrop
309k36 gold badges421 silver badges902 bronze badges
$endgroup$
2
$begingroup$
To get technical, you want to look at Coulomb’s law. This states that
«The magnitude of the Electrostatics force of interaction between two point charges is directly proportional to the scalar multiplication of the magnitudes of charges and inversely proportional to the square of the distances between them.»
— Wikipedia
The formula for this is:
$F = k_e frac{q_1 q_2}{r^2}$
Where $F$ is the electrostatic force between two charges, $k_e$ is a ‘proportionality constant’ (eg the dielelectric constant in a capacitor), and $r$ is the distance between the two charges $q_1$ and $q_2$.
There are other forms of the equation — such as this one specifically for an electric field:
$E = frac{1}{4piepsilon_0}frac{q}{r^2}$
Which tells us the force at a distance $r$ from the single point charge $q$.
If you want to start getting really technical then you need to start reading up on quantum mechanics and the interactions between particles and the energies involved in it.
When two particles (say electrons in this case) interact they send quantum particles between them (photons). These, like the rats in the basement, require energy to move. The greater the distance the higher the energy. The higher the energy taken to move the photons the lower the charge left between the two plates.
That’s a very simplistic view of it and there is one helluva lot more detail in there to be discovered — such things as Quantum Tunneling, Leptons, Fermions, Bosons, etc. It’s fascinating reading if you have the time. I’d recommend Steven Hawking’s A Brief History of Time as a good starting point. Follow that up with F. David Peat’s Superstrings and the Search for the Theory of Everything and you won’t go far wrong. While both these books are getting a bit long in the tooth now and the theories are all still evolving, they give good insights into the workings of the universe at a subatomic level.
answered Jul 7, 2011 at 8:19
MajenkoMajenko
55.8k9 gold badges102 silver badges185 bronze badges
$endgroup$
13
$begingroup$
When the plates are far apart the potential difference is maximum (because between the plates you travel through a larger distance of the field, and the field also isn’t cancelled out by the field of the other plate), therefore the capacitance is less. As the plates move closer, the fields of the plates start to coincide and cancel out, and you also travel through a shorter distance of the field, meaning the potential difference is less, therefore capacitance increases C=Q/V, because the charge on the plates is fixed, you are just moving the plates. When there is a dielectric, the electric field decreases i.e. is cancelled by the dielectric, therefore V decreases between the plates (a line integral of this lesser field), therefore capacitance increases.
For the same charge, less potential is required, because the close proximity of the plates allow the potential to be partially cancelled, and therefore this ratio is called capacitance, because for the same potential you can achieve more charge on the plates.
answered Jun 17, 2021 at 21:47
$endgroup$
$begingroup$
A key thing to understand is that if a plate has more electrons coming in than going out, it’s going to build up a negative charge which will serve to repel any more electrons from coming in (likewise for a plate with more electrons leaving than arriving). It wouldn’t take very many electrons coming into an isolated plate for the charge to build up to millions of volts. If, however, there is a positively-charged plate near the negatively-charged one, the positively-charged plate would try to pull electrons toward itself and consequently toward the negative plate (likewise the negatively-charged plate would try to push electrons away from itself and consequently away from the positive plate). The force from the positive plate trying to draw in electrons cannot completely counter-balance the force of the negative plate trying to push them away, but it if the plates are close together it can counterbalance it significantly. Unfortunately, if the plates are too close, the plates won’t be able to build up too much of a charge before electrons start hopping from one plate to the other.
It turns out there’s trick to ease this problem. Some materials allow electrons to move about within them, but they don’t allow electrons to enter or leave. Placing such a material (called a dielectric) between the two plates can greatly improve the performance of a capacitor. What happens, essentially, is that the charge difference between the negative and positive plates moves the electrons in the dielectric toward the positive one. The side of the electric toward the negative plate thus has a relative shortage of electrons, drawing electrons toward the negative plate, while the side toward the positive plate has a surplus of electrons, pushing electrons away from the positive plate. This behavior can improve the performance of a capacitor by many orders of magnitude.
answered Jul 7, 2011 at 15:42
supercatsupercat
45.2k2 gold badges83 silver badges143 bronze badges
$endgroup$
14
Принципы радиотелефонной связи
Никишина Татьяна Павловна
15.05.2019.
Тест. Физика, Прочее
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного
использования.
Администрация сайта не
проверяет возможные ошибки,
которые могут встретиться в тестах.
Тест содержит 10 вопросов по теме «Принципы современной радиосвязи».
Список вопросов теста
Вопрос 1
С какой скоростью распространяется электромагнитное взаимодействие в вакууме?
Варианты ответов
-
с > 3*108 м/с
-
с < 3*108 м/с
-
с = 3*108 м/с
Вопрос 2
Как нужно изменить расстояние между пластинами конденсатора, чтобы настроить контур на прием более длинных волн?
Варианты ответов
- уменьшить расстояние между ними
- увеличить расстояние между ними
- не знаю. Думаю, что таким способом настроить контур на прием более длинных волн невозможно
Вопрос 3
При каком условии возникает электрический резонанс в колебательном контуре детекторного радиоприемника?
Варианты ответов
- индуктивное и емкостное сопротивления колебательного контура равны
- период (частота) колебаний вибратора больше периода (частоты) собственных колебаний резонатора. В этом случае амплитуда вынужденных колебаний достигнет наибольшего значения
- период (частота) принимаемых электромаг¬нитных волн и период (частота) собственных колебаний контура совпадают. В этом случае амплитуда вынужденных колебаний достигнет наибольшего значения
Вопрос 4
Имеются ли существенные различия между условиями распространения радиоволн на Земле и на Луне?
Варианты ответов
- имеются, так как на Луне отсутствует ионосфера
- не имеются, так как явления ди
- имеются, так как на Луне отсутствует атмосфера
Вопрос 5
Радиоприемник настроен в резонанс на длину волны 300 м при емкости колебательного контура 200 мкФ. На какую длину волны будет настроен радиоприемник, если, не меняя ин-дуктивность колебательного контура, увеличить его емкость до 800 мкФ?
Варианты ответов
- 1200 м
- 600 м
- 150 м
Вопрос 6
От чего в основном зависит излучающая способность простого колебательного контура?
Варианты ответов
- от размеров антенны
- от частоты электромагнитных колебаний
- от погодных условий
Вопрос 7
Какие явления происходят во время радиоприема в цепи детектора?
Варианты ответов
- возникают механические колебания звуковой частоты
- возникают звуковые волны
- высокочастотные модулированные колебания преобразуются в тон звуковой частоты
Вопрос 8
На рисунке 1 изображена схема детекторного приемника. С помощью какого элемента радиоприемника происходит сглаживание высокочастотных пульсаций и колебаний звуковой частоты?
Варианты ответов
- C 1 C 2
- С2
- С1
- D
Вопрос 9
На рисунке 1 изображена схема детекторного радиоприемника. Будет ли работать радиоприемник, если диод детектора включить наоборот?
Варианты ответов
- будет
- нет
- будет, но с очень малой громкостью
Вопрос 10
Какие происходят явления в антенне во время радиопередачи передатчика?
Варианты ответов
- механические колебания частиц антенны, вызывающие в воздухе звуковые волны
- электрические колебания высокой частоты, амплитуда которых изменяется со звуковой частотой; излучаются радиоволны
- сопротивление антенны то увеличивается, то уменьшается
Влияние искусственных и естественных электромагнитных колебаний на живые организмы
Цель урока: проверить знания учащихся по теме «Электромагнитные волны»;
ознакомить с влиянием искусственных и естественных колебаний
на живые организмы.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проведение самостоятельной работы
Вариант I
- Что такое электромагнитные волны? (Распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле)
- Каковы основные положения теории электромагнитного поля Максвелла? (При всяком изменении магнитного поля возникает вихревое электромагнитное поле, у которого вектор напряженности
. При всяком изменении электрического поля возникает магнитное поле, у которого вектор . распространяется в окружающем пространстве со скоростью света.)
- С какой скоростью распространяется электромагнитное взаимодействие в вакууме? (с = 3*108 м/с.)
- Как нужно изменить расстояние между пластинами конденсатора, чтобы настроить контур на прием более длинных волн? (Уменьшить расстояние между ними.)
- При каких условиях возникает электрический резонанс в колебательном контуре детекторного радиоприемника? (Период (частота) принимаемых электромагнитных волн и период (частота) собственных колебаний контура совпадают. В этом случае амплитуда вынужденных колебаний достигает наибольшего значения.)
- Имеются ли существенные различия между условиями распространения радиоволн на Земле и на Луне? (Имеются, так как на Луне отсутствует ионосфера.)
7. Радиоприемник настроен в диапазоне на длину волны 300 м при емкости колебательного контура 200 мкФ. На какую длину волны будет настроен радиоприемник, если не меняя индуктивность колебательного контура, увеличить его емкость до 900 мкФ? (600 м).
- От чего в основном зависит излучательная способность простого колебательного контура? (От частоты электромагнитных колебаний.)
- Какие явления происходят во время радиоприема в цепи детектора? (Высокочастотные модулированные колебания преобразуются в тон звуковой частоты.)
Вариант II
- Можно ли выбрать систему отсчета, в которой обнаружилась бы только магнитная составляющая ? (Нельзя.)
- Как изменится мощность излучения, если частоту электрического вибратора увеличить в раза? (Увеличится в 4раза.)
- Какие явления происходят во время радиоприема в антенне и колебательном контуре приемника? (Под действием радиоволны происходит индуцирование электрических ВЧ-колебаний.)
- При увеличении частоты колебаний в 2 раза энергия, излучаемая открытым колебательным контуром … (увеличивается в 16раз.)
- Какие колебания выделяются при детектировании? (Низкой частоты.)
- Как нужно изменить индуктивность приемного контура, чтобы настроить его на прием более коротких волн? (Уменьшить.)
- Можно ли осуществить радиосвязь с помощью радиоволн с подводной лодки, находящейся под водой? (Нет.)
8.- Чему равна длина радиоволны, создаваемой радиостанцией, работающей на частоте 1,5-106 Гц? (200м.)
9. Какое преобразование энергии происходит при работе телефона? (Электрическая преобразуется в механическую.)
III. Изучение нового материала
Электромагнитные поля сотовых телефонов
Наиболее вредными являются высокочастотные излучения сантиметрового диапазона. Облучение вызывает нагревание, что может привести к изменениям и даже повреждениям тканей организма. Действие электромагнитных полей на организм’ проявляется на функциональном расстройстве центральной нервной системы. Субъективные ощущения — повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна и т.д. При систематическом облучении наблюдаются нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса.
Внешние признаки — поредение волос, сухая кожа, желтоватого оттенка, хриплый голос.
Меры безопасности:
- не разговаривайте много по мобильному телефону;
- не подносите телефон к голове сразу же после нажатия кнопки начала набора номера. В этот момент электромагнитное излучение в несколько раз больше, чем во время разговора;
- опасайтесь находиться подолгу вблизи антенны ретранслятора провайдера;
- при выборе телефона отдайте предпочтение аппаратам с внешними антеннами.
Электромагнитные поля бытовой техники
Наиболее распространенным являет низкочастотное (50 Гц) переменное магнитное поле. В порядке убывания опасности для здоровья человека: микроволновая печь, электроплита, телевизор, стиральная машина, холодильник, электробритва, утюг, электрочайник. Если их поставить рядом или близко друг к другу, они создадут сильное электромагнитное поле. Самое опасное место в квартире — кухня. Обезопасить можно себя самым простым способом — как можно меньше времени проводить на кухне.
Покупайте маломощные приборы, не включайте несколько электробытовых приборов одновременно.
На данный момент наукой количественно не доказано прямой связи между уровнем электромагнитных полей и онкологическими и другими видами заболеваний. Однако качественно связь прослеживается: в местах, где люди подвергаются воздействию электромагнитных облучений, чаще выявляются раковые заболевания и расстройства сердечно-сосудистой и нервной системы. Искусственные электромагнитные поля вредны для всех, но особенно для беременных женщин, людей с заболеванием центральной нервной системы, сердечнососудистой системы, гормональными нарушениями, аллергетиков.
Специалисты советуют не ставить кровать ближе 2 м к кабельным подводкам и ближе 1,5 м к холодильнику. Телевизоры излучают электромагнитное поле во всех направлениях, даже в режиме ожидания.
В России не установлено предельно допустимые уровни переменного магнитного поля частотой 50 Гц для населения, поэтому этот вид излучения не контролируется в местах работы и жилищах.
Как установлено шведскими учеными, при повышении уровня магнитного поля от 0,1 мкТ до 0,4 мкТл риск развития лейкемии у детей возрастает в 3,6 раза.
Персональный компьютер
Многие пользователи полагают, что опасность исходит от монитора — это рентгеновское излучение. В действительности рентгеновские и ультрафиолетовые, инфракрасные излучения, как правило, не
превышают биологическую опасность. Главную опасность представляют электромагнитные поля. Уровень их превышает биологическую опасность. Чувства человека не воспринимают электромагнитные поля рассеянного диапазона и пользователь не может оценить опасность.
У пользователя, работающего за монитором 2-6 часов в сутки, нарушение центральной нервной системы происходит в 4-6 раз чаще. Даже при кратковременной работе (45 мин.) под влиянием электромагнитного излучения происходят значительные изменения гормонального состояния и изменения биотоков мозга. Особо ярко это проявляется у женщин.
Магнитные поля бытовых приборов
Безопасный уровень — 0,2 мкТл:
кофеварка — 0,12 мкТл;
фен-0,1 мкТл;
утюг — 0,3 мкТл;
электрокамин — 0,4 мкТл;
стиральная машина — 0,4 мкТл.
IV. Подведение итогов урока
Домашнее задание: § 11 (Л.Э. Генденштейн)