Емкость плоского конденсатора

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.