|
Проводник в электрическом полеПоместим металлический проводник, состоящий из двух частей, в электростатическое поле . Отделим части проводника друг от друга. Приборы покажут, что они несут электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку. Значит, в проводнике есть свободные заряды и они перемещаются. Заряды в проводнике перераспределятся, т.е. произойдет его электризация. Электростатическая индукция – электризация тел в электростатическом поле. При электростатической индукции заряды в проводнике перераспределяются и внутри него образуется собственное поле, направленное противоположно внешнему. Перераспределение зарядов закончится, когда в проводнике внешнее и внутреннее поля компенсируют друг друга и напряжённость поля внутри проводника станет равной нулю. Из опытов известно, что весь электрический заряд наэлектризованного проводника располагается на его поверхности. Значит, если металлическому шару (сфере) сообщить заряд + q, то внутри шара (сферы) не будет ни поля , ни заряда (q внутр. = 0), а поверхность будет эквипотенциальной. Это свойство проводников используют в технике для экранирования (защиты приборов от действия внешних полей). При внесении проводника картина поля меняется, т.к. силовые линии поля каждой точке поверхности проводника перпендикулярны касательной к ней (п.5.1.1.12). Диэлектрик в электрическом поле Поместим диэлектрик, состоящий из двух частей, в электрическое поле. Разделим диэлектрик. Обе его части остались электрически нейтральными.Значит, в диэлектрике нет свободных электрических зарядов. Поместим деревянную рейку на стеклянную подставку. Поднесём к концу рейки заряд + q. Рейка поворачивается в сторону заряда. Значит, в диэлектрике есть электрические заряды. Таким образом, в диэлектрике: 1) есть электрические заряды; 2) они связаны (не свободны). Поведение диэлектрика объясняют тем, что его молекула – диполь. Диполь – система двух связанных зарядов одинаковой величины и противоположных знаков. При отсутствии поля диполи расположены произвольно. Под действием внешнего электрического поля они смещаются и ориентируются вдоль его силовых линий, создавая внутреннее поле . или . Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей. Таким образом, диэлектрик ослабляет внешнее электрическое поле (его напряжённость уменьшается в диэлектрике в e раз). При чрезмерной напряжённости внешнего поля происходит пробой диэлектрика: диполи разрушаются, образуя свободные движущиеся носители заряда. Примером пробоя является молния.
Электрическая ёмкость проводника Закрепим проводящую пластину 1 на изолирующей подставке. К пластине подключим электрометр 2. Сообщая пластине заряд Q, наблюдаем её потенциал j относительно Земли. Оказалось, что для данного проводника Q ~ j, или Q = С×j.
Электрическая ёмкость проводника (С) – отношение заряда Q проводника к его потенциалу j. – фарад Поместим проводник 3 рядом с 1 (1 имеет заряд Q и потенциал j 1). На проводнике 3 наводится заряд «–Q», ослабляющий поле проводника 1 и уменьшающий его потенциал (заряд проводника 1 не меняется). Значит, ёмкость С проводника 1 возросла. Соединим проводник 3 с Землёй. Положительный заряд с него ушёл в Землю, остался заряд «–Q». При этом j 1 ещё уменьшился, а С – возросла. Поместим между пластинами диэлектрик (стекло) и сдвинем их между собой. В диэлектрике возникает связанный заряд «–Q'», расположенный очень близко к заряду «+Q» пластины 1. При этом j 1 ещё уменьшился, С – возросла. Таким образом, ёмкость проводника зависит от: 1) его размеров и формы; 2) наличия около него других проводников; 3) наличия вокруг него диэлектрической среды и её свойств. Потенциал поля шара: (п.5.1.1.10), т. е. ёмкость шарообразного (сферического) проводника пропорциональна его радиусу r 0. · Ёмкость Земли (R» 6,4×106 м): Ф. Конденсатор Конденсатор – система двух проводников (обкладок), разделённых слоем диэлектрика, предназначенная для накопления и хранения заряда. · Размеры обкладок существенно превышают расстояние между ними. Возьмём конденсатор. Каждая из его обкладок электрически нейтральна и разности потенциалов между ними нет. Подключим к обкладкам аккумуляторную батарею. Обкладка 1 примет от неё заряд «+ Q» и её потенциал j 1 станет j +, обкладка 2 примет заряд «– Q» и её потенциал j 2 станет j –. Этот процесс (зарядка конденсатора) протекает быстро (как правило от долей секунды до нескольких секунд).
После окончания зарядки: j 1 = j + j 2 = j – = j 1 – j 2 Q1 = +Q; Q2 = –Q; . Тогда ёмкость конденсатора . Отключим источник напряжения. Конденсатор заряжен, его обкладки несут заряды «+ Q» и «– Q». Соединим их проводником. Заряды «+ Q» и «– Q» нейтрализуют друг друга – произойдёт разрядка конденсатора (это происходит практически мгновенно и, как правило, сопровождается искрой). · Рабочая разность потенциалов конденсатора не должна приводить к пробою его диэлектрика. · Ёмкость плоского конденсатора (обкладки – плоские пластины) определяют по формуле: , где S – площадь обкладки; d – расстояние между обкладками. · Ёмкость конденсатора зависит от его геометрии (d, S) и диэлектрика (e). · Обкладки расположены близко друг к другу, несут равные по величине и противоположные по знаку заряды, поэтому за их пределами поле практически отсутствует. Соединение конденсаторов На практике, для получения определённой ёмкости, конденсаторы соединяют в группы – «батареи». Последовательное соединение конденсаторов – соединение, при котором после зарядки отрицательно (положительно) заряженная обкладка предыдущего конденсатора соединена с положительно (отрицательно) заряженной обкладкой последующего. При этом: Q = const, à разность потенциалов крайних обкладок j 1 – jn = Из (*) и или Параллельное соединение конденсаторов – соединение, при котором после зарядки все положительно заряженные обкладки собраны в один узел, все отрицательно заряженные – в другой. При этом , а заряд на батарее Qбат = Q1 +... + Qn; C бат = C 1× +...+ C n× ; или 5.1.1.21. Энергия электрического поля Подключим конденсатор ёмкости С к аккумуляторной батарее. Конденсатор принимает заряд, по мере накопления которого растёт и разность потенциалов на обкладках: q = C× . При этом источник совершает работу по перемещению заряда, которую можно определить графически (п.5.1.1.13). Из графика q = f () видно, что при разности потенциалов конденсатор несёт заряд Q и работа (площадь заштрихованной фигуры) . Работа, совершаемая источником при зарядке конденсатора от 0 до , идёт на увеличение энергии поля заряженного конденсатора от 0 до Wc, т. е. . Объёмная плотность энергии поля (w) – отношение энергии W поля к его объёму V.
· Для плоского конденсатора . Законы постоянного тока ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|