برای دانلود 90 تست از خازن فیزیک یازدهم اینجا کلیک کنید

خازن

خازن وسیله ­­ای الکتریکی است که می‌تواند بار الکتریکی و انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند. خازن ها به طور گسترده ای در مدارهای الکترونیکی وسایلی مانند رادیو، تلویزیون، رایانه و… به کار می روند خازنها انواع متفاوتی دارند. ما در این فصل به بررسی ساده‌ترین خازن یعنی خازن تخت می­پردازیم. خازن تخت از دو صفحه رسانای موازی با هم تشکیل کردیده که یک ماده عایق (دی الکتریک) در وسط صفحات آن قرار دارد.

 ظرفیت یک خازن

اگراختلاف پتانسیل بین صفحه های خازن را زیاد کنیم،

بار خازن  q نیز به همان نسب زیاد می‌شود

به عبارتی نسبت  همواره مقداری ثابت است

به این نسبت که به اندازۀ بار خازن و نیز اختلاف پتانسیل

دو صفحۀ آن بستگی ندارد ظرفیت خازن می‌گویند

و آن را با C نشان می دهند و واحد آن فاراد است و دارای و فرمول زیر است:

توجه کنید که ظرفیت با مساحت صفحات رابطه مستقیم ولی با فاصله صفحات رابطه عکس دارد ولی ظرفیت به بار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

نکته1: دقت کنید در نمودار q-v  شیب نمودار ظرفیت را نشان میدهد (به شرط SI )

 نکته2: در نمودار بالا مساحت زیر نمودار انرژی ذخیره شده در خازن را نشان میدهد که بعدا بیشتر به آن خواهیم پرداخت

تمرین: در یک خازن‌ فاصله دو صفحه از هم 3 میلی‌متر و مساحت مشترک صفحات 5 سانتیمتر مربع و

  و جنس دی الکتریک هوا باشد و خازن به اختلاف پتانسیل 20ولتی وصل باشد….

الف:ظرفیت خازن

ب: بار ذخیره شده در آن

ج: نمودار بار بر حسب اختلاف پتانسیل

د: اگر اختلاف پتانسیل دوبرابر شود ظرفیت چند برابر میشود؟

و: اگر مساحت مشترک صفحات دوبرابر و فاصله به ثلث خود برسد ظرفیت چند برابر میشود

معرفی بهترین معلمهای فیزیک

 فروریزش خازن در فیزیک یازدهم

با افزایش اختلاف پتانسیل دو سر خازن ، بار الکتریکی ذخیره شده در آن نیز افزایش می‌یابد و هنگامیکه بار الکتریکی ذخیره شده در خازن از مفدار معینی بیشتر شود میدان الکتریکی بسیار قوی میان صفحات آن ایجاد می‌شود که به این سبب دی الکتریک موقتاً رسانا شده و با ایجاد جرقه میان صفحات خازن عمل تخلیه ی الکتریکی صورت می‌پذیرد که به آن فروریزش (فروشکست) گویند.

قدرت (استقامت) دی الکتریک چیست؟

برای هر دی الکتریکی، بیشینۀ میدان و درنتیجه اختلاف پتانسیلی وجود دارد که از آن به بعد دی الکتریک اصطلاحاً دستخوش فروریزش الکتریکی می‌شود و به آن اختلاف پتانسیل بیشینه، پتانسیل فروریزش می‌گویند. مقدار بیشینۀ میدان الکتریکی ای که دی الکتریک می‌تواند بدون فروریزش تحمل کند را قدرت)استقامت( دی الکتریک می نامند.

دی الکتریک چگونه ظرفیت خازن را افزایش می‌دهد؟

فرض کنید خازنی را نخست توسط یک باتری باردار و سپس از باتری جدا کرده ایم. اکنون فضای داخل این خازن را با یک دی الکتریک پر می‌کنیم. توجه کنید که دی الکتریک ها بر دو نوع اند: قطبی و غیرقطبی. وقتی یک دی الکتریک قطبی)مانند آب،) در میدان الکتریکی بین دو صفحۀ خازن قرار می گیرد، سر منفی مولکول‌های دوقطبی به طرف صفحۀ مثبت و سر مثبت آنها به طرف صفحۀ منفی کشیده می‌شود و درنتیجه این مولکول‌های دوقطبی می کوشند خود را در جهت میدان الکتریکی بین دو صفحۀ خازن همردیف کنند. همردیفی این مولکول‌های دوقطبی، میدانی الکتریکی ای ایجاد می‌کند که جهت آن در خلاف جهت میدان الکتریکی اولیه بین صفحات خازن است.که باعث ضعیف شدن میدان بین صفحات می‌شود و درنتیجه اختلاف پتانسیل بین دو صفحه نیز کاهش می‌یابد ( ) با کاهش اختلاف پتانسیل  و با توجه به اینکه بار ثابت مانده است، ظرفیت خازن افزایش می‌یابد. آنچه گفته شد برای دی الکتریک های غیرقطبی )مانند متان، بنزن و…( نیز برقرار است  وقتی مولکول‌های چنین دی الکتریکی در میدان بین دو صفحۀ خازن قرار می گیرند بر اثر القاء قطبیده می شوند یعنی میدان الکتریکی باعث می‌شود که ابر الکترونی این مولکول‌ها در خلاف جهت میدان جابه‌جا شود و به این ترتیب، مرکز بارهای مثبت و منفی از هم جدا می شوند و اصطلاحاً مولکول‌ها قطبیده می‌شوند پس از آن مانند مولکول‌های دی الکتریک قطبی، میدان بین دو صفحۀ خازن را تضعیف می کنند.