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 ).

 

Последовательноеи 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.