Напряженность эл. поля внутри плоского конденсатора
.
- поверхностная плотность заряда, - заряд на одной пластине, - площадь пластины.
- расстояние между обкладками. Т.к. , то , или
= .
= .
Емкость плоского конденсатора
.
--------------------------------------------------------------
Конденсатор не пропускает постоянный ток (разрывает цепь). Пропускает переменный ток (оказывает емкостное сопротивление ).
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
Послед Параллельн
При последовательном соединении напряжение на батарее конденсаторов равно сумме напряжений на каждом конденсаторе:
(7)
Заряды на конденсаторах одинаковы и равны заряду на батарее:
Так как , то из (7):
, или
. . (8)
При параллельном соединении заряд на батарее равен сумме зарядов на каждом конденсаторе:
Напряжение на всех конденсаторах одинаково и равно напряжению на батарее:
.
Т.к. , то
,
или
, . (9)
Энергия электрического поля
Если конденсатор включить по схеме рисунка 1, то при положении I ключа конденсатор заряжается (лампа не светится). При положении II ключа лампа вспыхивает (конденсатор разряжается).
|
|
Электрическое поле в конденсаторе обладает энергией , которая выделяется при разрядке конденсатора. Энергия поля в конденсаторе
, (10)
-электроемкость, - напряжение на обкладках конденсатора.
Т.к. емкость плоского конденсатора , то из (1):
.
- объем поля внутри конденсатора.
Тогда
. (11)
Связь напряженности с напряжением :
.
Из (11):
. (12)
- энергия электрического поля, - объем пространства, в котором находится поле,
- электрическая постоянная, - диэлектрическая проницаемость материала, в котором находится поле, - напряженность поля.
Объемная плотность энергии - энергия, заключенная в единице объема,
.
Объемная плотность энергии электрического поля
. (13)
Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектрики (изоляторы) разделяют на три группы:
· неполярные диэлектрики
· полярные диэлектрики
· ионные кристаллы.
Электрические заряды в диэлектрике не могут свободно двигаться по его объему.
В молекулах и атомах положительные заряды имеют ядра атомов, а отрицательные – электронные оболочки атомов.
В неполярных диэлектриках центры положительных и отрицательных зарядов совпадают (Рисунок 3, а). Под действием электрического поля происходит смещение зарядов: положительные смещаются в направлении поля, а отрицательные – противоположно.
В результате на поверхности диэлектрика образуются «связанные» заряды. Связанные заряды создают собственное поле , направленное противоположно внешнему (Рисунок 3, б).
|
|
Напряженность результирующего поля,
.
Т. о., диэлектрики ослабляют внешнее эл поле. Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз диэлектрик уменьшает поле в вакууме:
.
В полярных диэлектриках положительные и отрицательные заряды атомов смещены относительно друг друга. В отсутствии внешнего поля они расположены беспорядочно и не создают внутреннего поля (Рисунок 4, а).
Под действием внешнего поля атомы ориентируются вдоль него, создавая связанные заряды (Рисунок 4, б).
В ионных кристаллах (Рисунок 5, а) связанные заряды появляются на поверхности диэлектрика за счет смещения ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки вещества (Рисунок 5, б).
Смещение зарядов в диэлектрике под действием электрического поля называется поляризацией диэлектрика.
Пьезоэлектрики
На поверхности некоторых веществ электрические заряды образуются вследствие механических деформаций (растяжения, сжатия и изгиба). Эти вещества (кварц, турмалин, сегнетова соль и т.д) называются пьезоэлектриками.
Пьезоэлектрики используют для электрической регистрации механических деформаций.
На противоположные стороны пластинки из пьезоэлектрика, которая подвергается, например, сжатию, накладываются электроды, фиксирующие разность потенциалов. По разности потенциалов регистрируют величину деформации.