скачать doc
Урок 5. Электроемкость. Конденсаторы.
Э
лектроемкость проводника - заряд q, который способен накопить проводник при изменении его потенциала φ на 1В.
В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф):
Величина электроемкости зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники. Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства.
Конденсатор – система из двух проводников, разделенных диэлектриком. Расстояние между проводниками во много раз меньше их размеров. Проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.
Простейший конденсатор – плоский. Это система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика.
Э
лектрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами; однако, вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют полем рассеяния. В целом ряде задач им можно пренебрегать и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками.
Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого Е1 = σ /2ε0 Согласно принципу суперпозиции, напряженность Е поля, создаваемого обеими пластинами, равна сумме напряженностей полей каждой из пластин: Е = Е1 + Е2
Внутри конденсатора вектора и параллельны; поэтому модуль напряженности суммарного поля равен Е = 2 Е1 = σ /ε0
Вне пластин вектора Е1 и Е2 направлены в разные стороны, и поэтому E = 0.
Поверхностная плотность σ заряда пластин равна q / S, где q – заряд, а S – площадь каждой пластины. Разность потенциалов Δφ между пластинами в однородном электрическом поле равна Ed, где d – расстояние между пластинами. Из этих соотношений можно получить формулу для электроемкости плоского конденсатора:
Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость к
онденсатора увеличивается в ε раз: Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов.
П
ри параллельном соединении конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы: U1 = U2 = U, а заряды равны q1 = С1U и q2 = С2U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q1 + q2 при напряжении между обкладками равном U. Отсюда следует
Т
аким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются.При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q1 = q2 = q,
а напряжения на них равны U1 = q/C1 и U2 = q/C2.
Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U1 + U2. Следовательно,
При последовательном соединении складываются обратные величины емкостей.
Заряд конденсатора – заряд одной из его обкладок.
Заряженный конденсатор содержит запас энергии.
Э
нергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.Процесс зарядки конденсатора.
П
роцесс зарядки конденсатора можно представить как последовательный перенос достаточно малых порций заряда Δq с одной обкладки на другую. При этом одна обкладка постепенно заряжается положительным зарядом, а другая – отрицательным. Поскольку каждая порция переносится в условиях, когда на обкладках уже имеется некоторый заряд q, а между ними существует некоторая разность потенциалов U = q/C при переносе каждой порции Δq внешние силы должны совершить работу Э
нергия We конденсатора емкости C, заряженного зарядом Q, 