ПланЛекції
знавчальної дісціпліні
Фізика
ТемаЕЛЕКТРОЄМНІСТЬ. Конденсатори
Організаційно-Методичні вказівки до проведенняЛекції
звернута Увага, Що електроємністьпровідника вімірюється зарядом, надання Якого провідніку змінює Його Потенціална одиницю; вказаті, Що ємність провідника поклади від Його форми, лінійніхрозмірів та діелектрічної пронікності середовища. Поясніті, Що для накопиченнямзначний по велічіні зарядів на практіці вікорістовуються конденсатори. Взалежності від форми конденсатори поділяються на плоскі, ціліндрічні тасферічні, а за типом діелектріків Паперові, слюдяні, Керамічні та ін.
1. Вказаті на широку застосування в техніцізв'язку. Показати Різні типи конденсаторів.
2. Продемонструваті енергію зарядженостіконденсатора дослідом з демонстраційнім конденсатором, вивести формулу енергіїконденсатора.
3. Вивести формулу для об'ємної густиненергії електричного поля конденсатора, поясніті її.
ВСТУП
Електроємністю (ємністю) провідника Сназівають величину, Що дорівнює відношенню заряду Q, надання провідніку, доЙого потенціалу j:
Ємність провідника поклади від Його форми,лінійніх розмірів и діелектрічної пронікності середовища и не залежиться Ні відзаряду, НІ от потенціалу. У СІ одиниця Ємності назівається фарад (Ф).
1мкФ = 10-6 Ф (мікрофарад)
1 нФ = 10-9Ф (нанофарадах)
1 пФ = 10-12 Ф (пікофарад)
Ємність кулі, радіус якої r,
Ємність земли:.
На практіці необхідні Пристрої, які прималих розмірах и невеликих відносно навколішніх тіл потенціалах можутнакопічуваті значні по велічіні заряди (мати велику ємність).
Конденсатором назівають системи двох абокількох провідніків, розділеніх кулею діелектріка, товщина Якого мала порівняноз розмірамі провідніків (обкладок).
Електроємність 1Ф має такий конденсатор,Напруга (різніця потенціалів) Між обкладками Якого дорівнює 1В при наданніобкладками різнойменніх зарядів по 1 Кл.
конденсатори з'єднуються у батареїпаралельно
,
або послідовно
.
За типом діелектріка, Що вікорістовується,конденсатори назіваються Паперовий, слюдяні, полістірольнімі, керамічнімі,повітрянімі). Паперовий конденсатор виготовляють Із двох смуг металевої фольги,ізольованіх одна від Другої Смуги парафінового паперу.
Звернуті в рулон смуги фольги й паперу,вміщуються в металевих або фарфоровий корпус.
Через спеціальні ізоляторі от смуг фольгидвома проводами конденсатор підключається в електричних коло. Аналогічна будоваи конденсаторів інших тіпів. Кож вікорістовуються конденсатори змінноїЄмності.
конденсатор являються Основним елементомколівального контуру, мают Широке застосування в техніці зв'язку.
смороду використовують для згладжуванняпульсацій в віпрямлячах змінного Струму для розділу сталої и змінної складовоїСтруму, в електричних колівальніх контурах радіопередачах и радіопріймачів, длянакопиченням великих запасів електрічної енергії Під годину проведення фізічніхексперіментів в Галузі лазерної технікі та керованого термоядерного синтезу.
Як и Коженов зарядженості провідник конденсатормає енергію, Яки віражається формулою
.
Об'ємна густин енергії електричного поля знапруженістю Е:
.
Для однорідного ізотропного діелектріка
.
ПРОВІДНІКІ У ЕЛЕКТРОСТАТІЧНОМУ ПОЛІ. ЕЛЕКТРОСТАТІЧНІЙЗАХИСТ ПРІЛАДІВ
У металевих провідніках існують ВільніЕлектрон, які можут переміщатісь Під дією НАДЗВИЧАЙНИХ Малої сили. Тому, ЯКЩОпровідник внести в електричних поле, то ці Електрон зразу ж почнутрухатісь протилежних напрямки поля. В результаті на одній поверхні провідниказроста концентрація електронів и вон зарядитися від'ємно, а на протілежнійповерхні концентрація електронів зменшіть, заряд додатніх іонів буде нескомпенсованім, и вон зарядитися додатньо (Рис. 1 а).
Рис. 1
Розділені заряди створять всередініпровідника поле Е, напрямленості протилежних зовнішньому полю. Напрямків рухелектронів зупініться Тільки тоді, коли поле Е з компенсує в провідніку внутрішнєполе (рис. 1 б).
Таким чином, Рівновага зарядів напровідніку Може спостерігатісь Ліше при віконанні Наступний умів:
1. Напруженість поля всередіні провідникавинна буті рівною нулю. Е = 0. Це означає, Що Потенціал всередіні провідникавинен буті постійнім (j = const).
2. Напруженість поля на поверхні провідникавинна буті в Кожній точці напрямлена перпендикулярно до поверхні (впротилежних випадка Вільні заряди будуть рухатісь в провідніку). Альонапруженість поля перпендикулярна еквіпотенціальній поверхні. Значити, увипадка рівноваги зарядів Поверхня провідника буде еквіпотенціальною. Наданняпровідніку заряд, внаслідок взаємного відштовхування однойменніх зарядів,винен розподілятісь по поверхні провідника таким чином, щоб всередініпровідника поле задовольняло Умови (рис. 2 а).
Рис. 2
Заряди на протилежних кінцях провідника,розміщеного в полі, назівають індуцірованім або наведення. А самє явищемрозділення зарядів Під дією зовнішнього поля назівається електростатічноюіндукцією.
Після відалення провідника з електричногополя заряди Знову рівномірно розподіляються по Його об'єму. У момент появи и вмомент знікнення індукованіх зарядів в провідніку існують короткочасні Струма.
Як видно з рис. 1 зовнішнє поле Під дієюіндукованіх в провідніку зарядів спотворюється. Частина силових лінійрозрівається провідніком так, Що воно закінчується на від'ємніх зарядах ипочінаються на додатніх, а сілові Лінії поза провідніком вікрівляються. Явищаелектростатічної індукції можна вікорістаті для здобуття обох відів електрики.Для цього потрібно розрізаті провідник у електричних полі по Лінії АВ (рис. 2б).
Заряди розміщаються по поверхні провідникаНезалежності від того, суцільній ВІН, чі має порожніну.
Дійсно, ЯКЩО провести всередіні провідниказамкнену поверхню якомога Ближче до поверхні тіла, то Потік вектора зміщеннячерез Цю поверхню буде дорівнюваті нулю, оскількі Рівна нулю напруженість поля.Тоді з теореми Остроградського-Гауса віпліває, Що заряд всередіні замкнутоїповерхні (тобто всередіні провідника) дорівнює нулю. А Це означає, Що вилученняЧастина речовіні Із внутрішнього об'єму провідника НŠ​​впліває на рівноважнійРозподіл заряду в провідніку.
Таким чином, надання заряд розподіляєтьсяпо поверхні Як в суцільному, так и в провідніку, Що має порожніну. Томувсередіні провідника, Що має порожніну, поле теж дорівнює нулю. Отже провідник,Що має порожніну, Може буті використаних для ЗАХИСТУ пріладів від електричногополя. Для того, щоб чутліві прилади и Частина різноманітніх прістосуваньзахістіті від електричного поля, їх поміщають в замкненій металева екран,з'єднаній з землею. Потенціал екрана відносно земли буде дорівнюваті нулю, авсередіні нього поля не буде. Такий захист пріладів назівається екранізацією.Практично для екранізації достатності густої металевої сіткі, Яка являєтьсяЕфективна НЕ Ліше для постійніх, а й для змінніх електричних полів.
ЕЛЕКТРОЄМНІСТЬ. Конденсатори
Для відокремленого провідника можназапісаті Q = Cj. Величину
назівають електроємністю (або простоємністю) відокремленого провідника. Ємність відокремленого провідникавізначається зарядом, надання Якого провідніку підвіщує Його Потенціал наодиницю
Для того, щоб провідник МАВ велику ємність,ВІН винен мати Дуже Великі розмірі. На практіці, одначе, необхідні Пристрої,які при малих розмірах и невеликих відносно навколішніх тіл потенціалах можутнакопічуваті значні по велічіні заряди, іншими словами можут мати великуємність. Ці Пристрої здобули Назв конденсаторів.
Конденсатор Складається з двох провідніків(Обкладок), розділеніх діелектріком. В залежності від форми обкладокконденсатори поділяються на плоскі, ціліндрічні та сферічні.
Так Як поле зосереджено...
