Энергия электростатического поля

Энергию конденсатора теперь можно выразить через величины, характеризующие электрическое поле в зазоре между обкладками. Сделаем это для плоского конденсатора:

, где

– напряжение.

Данная формула связывает энергию конденсатора с зарядом на его обкладках.

Произведение Sd – объем V, занимаемый полем

Т. о, можно написать

Данная формула связывает энергию конденсатора с напряженностью поля. Логично поставить вопрос: где же локализована (т. е. сосредоточена) энергия, что является носителем энергии – заряды или поле? Экспериментальные факты говорят о том, что носителем энергии является поле.

Если поле однородно, т. е. если его напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства (что имеет место в плоском конденсаторе), то заключенная в нем энергия распределяется в пространстве с постоянной плотностью w, равной энергии поля, деленной на заполняемой полем объем. Следовательно, плотность энергии электростатического поля

.

Вопросы для самоконтроля.

1. Какие вещества называют проводниками?

2. Что называется электроемкостью уединенного проводника и от чего она зависит?

3. Чему равна электроемкость плоского конденсатора?

4. Какие вещества называют диэлектриками?

5. Какие два основных вида диэлектриков существует?

6. Какая система зарядов называется электрическим диполем? Каким параметром она характеризуется?

7. В чем заключается явление поляризации диэлектриков?

8. Приведите выражение энергии заряженного конденсатора.

9. Где сосредоточена электрическая энергия?

10. Чему равна объемная плотность энергии электростатического поля?

 

Задачи

1. Какую разность потенциалов φ₁ – φ₂ должен пройти протон, чтобы его скорость увеличилась от υ ₁ = 1 Мм/с до υ ₂ = 5 Мм/с? Заряд протона Q = 1.6·10^-19 Кл, масса m_р = 1.67·10^-27 кг.

2. В пространстве между двумя горизонтально расположенными пластинами (d=10 мм), заряженными до разности потенциалов U = 1кВт, взвешена капелька масла. Определите радиус r капельки масла, если плотность масла ρ = 0,96 г/см³, а заряд капельки Q равен двум элементарным зарядам е.

3. Определите диаметр d шарика, находящегося в вакууме, если его потенциал φ = 500В, а поверхностная плотность заряда σ = 8,85 нКл/м².

4. Электроёмкость плоского конденсатора С = 10 пФ. Определите расстояние d между его пластинами, если площадь пластин S = 200 см², а пространство между пластинами заполнено парафином (ε = 2).

5. Электроёмкость одного конденсатора С₁ = 1,5 мкФ, второго – С₂ = 6,0 мкФ. Сравните напряжения U₁ и U₂, которые следует подавать на эти конденсаторы, чтобы они накопили одинаковые заряды.

 

Задание: 1. Сделать конспект лекции.

2. Решить задачи

3.Ответить на вопросы письменно.

 

Условия задач перед решением должны быть написаны.

Ответы присылать на эл.почту: korobitsina.vera@yandex.ru